[实用新型]一种以溅射ZnO为电子传输层的钙钛矿型太阳能电池

说明书

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池，特别是涉及一种以溅射ZnO为电子传输层的钙钛矿型太阳能电池。

背景技术

随着全球经济的发展，能源消耗越来越多，其中像石油资源越来越少，能源问题必将会成为今后的一个重大问题。太阳能为可再生资源，且具有取之不尽用之不竭的特点，因此太阳能电池的发展具有重要的意义。但是现今的太阳能电池要不光电转换效率低，要不成本太高。目前，硅太阳能电池具有较高的效率，但是在制备过程中需高温、高真空，成本非常高。有机聚合物太阳能电池具有成本较低、无毒、制备容易、可大面积柔性制造等特点，但其光电转换效率还较低。

钙钛矿型太阳能电池，为光伏领域的一个新成员，其吸光材料是基于有机-无机杂化的钙钛矿结构(最常见的为CH₃NH₃PbI₃)的半导体材料，吸光范围宽，且自身具有高的载流子迁移率及较长的载流子寿命，光生电子和空穴能够迁移较长的距离，有利于其被外电路收集形成电流，因而电池能够获得高的光电转换效率。

目前，基于CH₃NH₃PbI₃的钙钛矿型电池通常采用TiO₂作为电子传输层，并且能够获得比较高的效率。但是此TiO₂电子传输层结构需要两层结构，一层为致密的TiO₂层，一层为介孔结构的TiO₂层，而且都需要高达500℃温度烧结制备，两层厚度300nm以上，工艺较为复杂。

而采用溅射ZnO薄膜作为电子传输层，仅需要20nm以上，同时仅需一层，制备工艺较为简单，且具有较高的效率。

中国专利CN104091888A公开一种钙钛矿型太阳能电池及其制备方法。所述钙钛矿型太阳能电池由FTO玻璃基底、三明治结构TiO₂/ZnO/TiO₂致密层、TiO₂介孔/钙钛矿结构材料活性吸光层、spiro-OMeTAD空穴传输层与金电极组成。

中国专利CN104051629A公开一种基于喷涂工艺制备钙钛矿型太阳能电池的方法，具体为通过在透明导电基底上依次喷涂空穴传输层、钙钛矿活性层、电子传输层以及顶电极而制备得到。通过改变喷涂工艺的不同参数，可以实现对器件质量及性能的调控。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种以溅射ZnO为电子传输层的钙钛矿型太阳能电池。

本实用新型从下至上依次设有铟锡氧化物(ITO)玻璃衬底、ZnO电子传输层、CH₃NH₃PbI₃层、2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴空穴传输层和金属背电极层；所述金属背电极层为Au背电极层或Ag背电极层。

所述铟锡氧化物(ITO)玻璃衬底的厚度可为100～150nm。

所述ZnO电子传输层的厚度可为20～120nm。

所述CH₃NH₃PbI₃层的厚度可为20～120nm。

所述2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴空穴传输层的厚度可为40～60nm。

所述金属背电极层的厚度可为60～150nm。

本实用新型可采用以下方法制备：

步骤一：将ITO玻璃衬底切割成所需的25mm×25mm，用洗洁精和去离子水洗涤15min，以便去除油脂和有机物，然后依次用丙酮、乙醇、去离子水超声洗涤10min，氮气吹干待用，即制得导电玻璃衬底，厚度为100～150nm。

步骤二：在步骤一所得的ITO玻璃衬底上，通过磁控溅射制得所需厚度的ZnO薄膜，然后在150℃下加热10min退火，制得所需的溅射ZnO电子传输层。

步骤三：在70℃下，配制1mol/L PbI₂的DMF溶液，然后利用匀胶机将PbI₂溶液旋涂在电子传输层上，制得黄色的PbI₂薄膜，在空气中干燥5min；然后将PbI₂薄膜浸入10mg/mL CH₃NH₃I的异丙醇溶液，保持2min，然后用干净的异丙醇进行漂洗，氮气吹干，即制得棕色钙钛矿型材料CH₃NH₃PbI₃。