[发明专利]一种以氧化钛和钛酸钡复合材料作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

一种以氧化钛和钛酸钡复合材料作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于太阳电池技术领域。依次由FTO导电玻璃、由致密的TiO₂薄膜与BaTiO₃薄膜构成的电子传输层、CH₃NH₃PbI₃光吸收层、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Ag电极组成。本发明中采用了新型的BaTiO₃/TiO₂复合材料作为钙钛矿太阳电池的电子传输层，通过BaTiO₃与CH₃NH₃PbI₃钙钛矿材料晶体结构相似的特性引导生长出与电子传输层结合更紧密的、更大晶粒的钙钛矿吸光材料，改善了电子传输层与钙钛矿层之间接触界面的微观形貌，进一步提高了钙钛矿太阳电池的光电特性，达到提高太阳能电池的性能的目的。

技术领域

本发明属于太阳电池技术领域，具体涉及一种以氧化钛和钛酸钡复合材料作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着人类社会的不断发展，人们对能源的需求日益増长。然而随着传统化石能源等不可再生能源的不断消耗，尤其是石油、天然气、煤矿等人类生活中必不可少的能源资源己接近枯竭。因此，人类急需一种有效、廉价的可再生能源来弥补可能面对的能源危机。太阳能电池可以将太阳能转化为电能，而太阳能取之不尽用之不竭，因此，太阳电池技术领域备受关注。

近年来，一种以有机-无机杂化钙铁矿材料(CH₃NH₃PbX₃,X＝Cl,Br,I)作为吸光材料的太阳能电池迅速发展。目前，钙钛矿太阳能电池通常是由透明导电玻璃、电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层、金属电极这五个部分组成。电子传输层的作用主要为收集来自钙钛矿光吸收层注入的电子，使钙钛矿光吸收层电子-空穴对的电荷分离。电子传输层的制备方法通常为：旋涂氧化钛前驱体溶液，然后经过退火工艺形成一层致密的氧化钛薄膜，但以这种方式在制作钙钛矿太阳能电池时，也存在以下问题：

(1)由于钙钛矿材料与氧化钛的晶体结构差异较大，接触界面容易产生孔洞；

(2)钙钛矿光吸收层成膜过程时间很短，成膜状态不好控制，难以制备成大晶粒的钙钛矿薄膜。

以上两个因素限制了钙钛矿太阳电池的工作性能。因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种以氧化钛和钛酸钡复合材料作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，旨在解决钙钛矿光吸收层与电子传输层接触不好以及钙钛矿光吸收层无法形成大晶粒薄膜的问题。

本发明所述的钙钛矿太阳能电池，如图1所示，依次由FTO导电玻璃、由致密的TiO₂薄膜与BaTiO₃薄膜构成的电子传输层、CH₃NH₃PbI₃光吸收层、 Spiro-OMeTad(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Ag电极组成。

本发明所述的一种以氧化钛和钛酸钡复合材料作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其步骤如下：

①对FTO导电玻璃进行清洗：依次将FTO导电玻璃放入甲苯、丙酮、去离子水、异丙醇中超声处理10～30分钟，随后使用氮气吹干；

②配置0.1～0.3mol/L的乙酰丙酮钛的正丁醇溶液，并搅拌均匀；

③将步骤②得到的乙酰丙酮钛溶液旋涂在步骤①得到的FTO导电玻璃上，随后在120～150℃条件下加热5～10分钟，再在450～550℃条件下加热20～50分钟，然后将衬底冷却至室温；