[发明专利]一种新型电荷传输层材料的制备方法

说明书

本发明属于太阳能电池领域，具体公开了一种新型电荷传输层材料的制备方法，具体是将洁净干燥的衬底进行紫外臭氧处理，然后以其为基片、以ZnSe纳米颗粒粉末为源材料，利用真空镀膜机，设置参数使材料密度为5.26，Z因子为0.72，然后在真空度小于等于1×10^‑4Pa的真空环境下进行蒸镀，蒸镀速率为0.5‑1.0从而在衬底上沉积得到ZnSe电荷传输层材料。本发明通过对蒸镀工艺所采用的参数、条件进行改进，首次采用真空蒸镀法制备出大小纳米颗粒均一、致密的ZnSe薄膜；制得的ZnSe薄膜尤其可作为新型的电子传输层应用于诸如钙钛矿太阳能电池器件中，可在保证高光电转化效率的同时，大幅度提高了太阳能电池光照下的稳定性。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，更具体地，涉及一种新型电荷传输层材料的制备方法，该方法是一种新型ZnSe电荷传输层材料的制备方法，尤其可适用于包括钙钛矿太阳能电池等在内的太阳能电池。

背景技术

以钙钛矿太阳能电池为例，由于具有合适的直接禁带宽度，高的光吸收系数以及优越的载流子双极传输性能等优点，有机无机杂化钙钛矿太阳能电池的光电转换效率在不到十年的时间内已提高了近8倍，目前已达22.7％，足以和现行的硅基太阳能电池相媲美，但是仍存在一些重要问题制约了钙钛矿太阳能电池的商业化应用，电子传输层(electrontransfer layer，以下记为ETL)就是其中的关键因素之一。钙钛矿太阳能电池中，电子传输层对于器件的光电效率和稳定性有着决定性的作用。当前具有锐钛矿结构的TiO₂薄膜是最常用的电子传输层材料，它需要在500℃左右的高温条件下才能制备得到，而且其电子迁移率很低，只有0.1～1cm²V^-1s^-1，容易造成光生电荷在电池器件的界面处积累，导致电池器件J-V特性测量时产生严重的滞后效应，影响电池器件稳定性和测试数据的准确性。此外，SnO₂、ZnO也常被用作ETL，但SnO₂也需要200℃左右退火，而ZnO对酸碱敏感，导致器件的稳定性差。因此一些硫化物半导体材料如CsS、CdSe、In₂S₃等已被尝试用作电子传输层材料，但它们含有有毒和稀缺的Cd、In元素，不利于环保；而且这些电子传输层均需要通过溶液法制备，不利于大规模生产；此外，由于能带结构的限制，它们也不能有效地全部吸收太阳光中的紫外光。据文献报道，紫外光会加剧钙钛矿的降解不利于电池器件的长期稳定性，因此研发一种能低温合成，具有良好电学性能和合适的能带结构，并能作为紫外光阻挡层的新型电子传输层材料对目前亟待解决的关键问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种新型电荷传输层材料的制备方法，其中通过蒸镀工艺将ZnSe材料作为可用于钙钛矿太阳能电池的电荷传输层材料，并通过对蒸镀工艺所采用的参数、条件(包括设置的材料密度、Z因子参数，蒸镀速率等)进行改进，首次采用真空蒸镀法制备出大小纳米颗粒均一、致密的ZnSe薄膜；制得的ZnSe薄膜尤其可作为新型的电子传输层应用于诸如钙钛矿太阳能电池器件中，可在保证高光电转化效率的同时，大幅度提高了太阳能电池光照下的稳定性；并且，由于采用气相沉积的技术，使其可以大规模生产，并且无需退火处理，成本低廉，应用于例如钙钛矿太阳能电池中，可以实现器件的工业化进展。以本发明方法制备的ZnSe薄膜作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池的光电转化效率至18.86％，并且光照下稳定性大大提高，有助于器件的商业化生产。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种新型电荷传输层材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将洁净干燥的衬底进行紫外臭氧处理，得到紫外臭氧处理后的衬底；