[发明专利]用于钙钛矿太阳能电池的二氧化钛电子传输层及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池电子传输层及其制备方法，更具体地，涉及一种钙钛矿太阳能电池的二氧化钛电子传输层及其制备方法。

背景技术

近年来，钙钛矿型太阳能电池受到人们的广泛关注，因为它不仅光电能量转换效率很高，而且制作简单、成本低，2009年，钙钛矿太阳能电池光电效率是3.8％，到2016年效率已经快速提升至22.1％。钙钛矿太阳能电池的结构主要包括：金属电极、空穴传输层、钙钛矿光敏层、电子传输层和透明导电基底，其中电子输运层在高效率的钙钛矿电池当中不可缺少，电子输运层主要存在于钙钛矿光敏层和电极之间，主要起到电子的收集和传输的作用。

二氧化钛作为一种n型半导体常作为电子输运层材料，它具有诸多优点，比如：与钙钛矿相匹配的能级结构、大的能带带隙、在紫外和可见光区域大范围的光透过率，以及低廉的制备成本。为了提升改善钙钛矿层的成膜性能，提升电子空穴对的分离和传输的效率，可以将二氧化钛层制备成介孔结构和致密结构复合的结构，其中介孔结构主要起到增加和钙钛矿晶体的接触面积，增加钙钛矿成核位点，提升电子传输效率的作用；致密层由于结构致密可以起到阻挡空穴输运的作用；除了微观结构，二氧化钛层的厚度也影响着电子传输性能。现有的致密二氧化钛层的制备方法有旋涂法、喷雾热解、原子层沉积、微波烧结、磁控溅射等，介孔二氧化钛层需要结构疏松，可以用以上方法中除了原子层沉积以外的方法制备，最常用的是旋涂或者喷雾热裂法，其中原子层沉积方法是一种可以将物质以单原子形式逐层镀在基底表面的方法，沉积层具有均匀的厚度和优异的一致性，使用原子层沉积法制备的薄膜表面纳米针孔少，能起到更好的空穴阻挡作用。通常使用的介孔层厚度约为260nm～700nm,致密层厚度约为30nm～100nm,由于相较于旋涂法，原子层沉积法的原料成本相对高，制备时间相对长，所以在保持好的空穴阻挡性质的基础上，减小致密二氧化钛层的厚度，对于降低制备成本具有积极意义。

发明内容

发明内容：本发明给出一种用于钙钛矿太阳能电池的二氧化钛电子传输层及其制备方法，通过优化电子传输层厚度，有利于光吸收层与电极之间的电子空穴对分离和电子传输，应用到钙钛矿太阳能电池中，可提高钙钛矿光伏器件的能量转换效率，操作简单可控。

技术方案：本发明所述的用于钙钛矿太阳能电池的二氧化钛电子传输层，包括介孔二氧化钛层和致密二氧化钛层，其中介孔二氧化钛层厚度在200nm～260nm之间，致密二氧化钛层厚度为亚纳米至5nm之间。

所述的用于钙钛矿太阳能电池的二氧化钛电子传输层的制备方法,包括以下步骤：

(1)在导电玻璃层上通过原子层沉积法制备致密二氧化钛层，其中沉积循环次数为10～100次；

(2)对步骤(1)制备出的样品做紫外线臭氧处理；

(3)在致密二氧化钛层表面通过旋涂法制备介孔二氧化钛层，其中旋涂次数为1-3次，旋涂转速为3500rpm～4500rpm；

(4)对样品做退火处理。

步骤(2)中所述紫外臭氧处理的时间为8～30min。

原子层沉积二氧化钛常用含钛有机前驱体主要包括四氟化钛，四氯化钛，钛酸四丁酯，四(二甲氨基)钛。

在制备致密二氧化钛层前，对导电玻璃层进行紫外臭氧处理。

有益效果：与现有技术相比，本发明的有益效果：1、用原子层沉积法制备致密二氧化钛层，沉积循环一百次内，相对于采用大循环数制备二氧化钛而言节约了成本，缩短了制备时间，用旋涂法制备介孔层二氧化钛时，通过改变旋涂次数和旋转速度控制层厚，操作简单易行，且减薄致密层和介孔层厚度有利于减小器件的串联电阻，增大光生电流，从而提升光电转化效率，稳定可控的制作工艺增强了效率稳定性；2、对于用来制备钙钛矿太阳能电池的透明导电玻璃基底，在制备致密层二氧化钛之前以及在旋涂介孔二氧化钛层之前，都进行了紫外臭氧处理，不仅能够有效去除表面有机物污染，同时增加了亲水性，使得二氧化钛之间有更好的接触。

附图说明

图1为二氧化钛电子传输层结构示意图；

图2为致密层为亚纳米，介孔层为230nm二氧化钛电池的电流密度-电压测试图；

图3为原子层沉积循环数与厚度关系图；

图4为致密层为5nm，介孔层为230nm二氧化钛电池的电流密度-电压测试图。

具体实施方式

下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：