[发明专利]一种利用氧化铈制备高效稳定钙钛矿太阳能电池的方法

说明书

本发明属于钙钛矿太阳能电池制备领域,具体涉及一种利用氧化铈制备高效稳定钙钛矿太阳能电池的方法；该方法主要特点包括以下步骤：一是电子传输材料的前驱溶液的制备；二是有氧化铈掺杂的电子传输材料前驱溶液的混合制备；三是电子传输材料前驱体溶液在上的FTO旋涂；四是上述FTO以及各项工艺对电池的组装；其有益效果为：将氧化铈引入电子传输材料中，提高了电子传输材料的最小导带，改善了钙钛矿与电子传输材料之间的界面稳定性，更加有利于电荷的提取和传输。通过氧化铈的引入，效率和稳定性得到大幅提高,主要提高了电池的紫外光稳定性。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池制备领域,具体涉及一种利用氧化铈制备高效稳定钙钛矿太阳能电池的方法。

背景技术

作为钙钛矿太阳能电池结构中的重要组成部分，电子传输材料在电荷提取和传输中有重要作用。常用的电子传输材料有二氧化钛，氧化锌和氧化锡。但是常用的电子传输材料和钙钛矿材料之间的化学兼容性一般，能级匹配性差，紫外稳定性差等。钙钛矿太阳能电池(PSCs)的光电转换效率(PCE)从2009年的3 .8％已迅猛增长至23％以上，具有很大的发展潜力。效率和稳定性的进一步提高对电池的发展至关重要。大量的研究证实，电子传输材料(ETMs)与钙钛矿之间能级匹配性差，以及界面电荷复合比较严重等，对PCE和稳定性有着重要的影响。因此，选择合适的ETM对制备高效稳定的PSCs具有重要意义。

在常用的电子传输材料中，ZnO，TiO₂和SnO₂受到了广泛的关注。其中，ZnO表面显碱性，从而使得在稍高温度条件下，MAPbI₃中MA+的质子很容易被ZnO夺取，从而使得钙钛矿结构被破坏。TiO₂在光照条件下会催化钙钛矿的分解。SnO₂的最小导带远低于钙钛矿。以ZnO为例，ZnO与钙钛矿界面之间存在较差的界面稳定性，进而导致钙钛矿在热处理过程中的严重降解。此外，ZnO的最小导带(CBM)远低于钙钛矿，进一步形成了严重的界面障碍。同时，ZnO作为n型半导体，在紫外光照射下表现出较高的光催化活性，进而导致钙钛矿的分解。TiO₂和SnO₂也有相应的缺陷，尤其是在紫外光稳定性方面。为克服上述缺陷，研究人员利用界面修饰等方法钝化表面缺陷。然而，要进一步提高电池的PCE和稳定性，还需要实现电子传输材料与钙钛矿界面化学相容性增强、能级匹配、紫外稳定性优异的协同效应。

发明内容

针对现有技术的不足和上述问题，本发明提供了一种利用氧化铈制备高效稳定钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，该方法具体包括：

S1、可溶性的锌盐溶于2-甲氧基乙醇中，加入乙醇胺，加热溶解，制备得到ZnO电子传输材料的前驱体溶液；

S2、将醋酸铈加入ZnO电子传输材料的前驱体溶液中，通过加热溶解形成掺杂有氧化铈的氧化锌电子传输材料前驱体溶液；

S3、将掺杂有氧化铈的氧化锌电子传输材料前驱体溶液旋涂在FTO上，并在550℃下退火30min，得到致密的电子传输层；

S4、将含有氧化铈的电子传输层依次进行TiCl₄溶液处理、TiO₂浆料涂覆、钙钛矿前驱体涂覆以及真空镀金，完成电池的组装。

所述S1、S2、S3和S4中电子传输材料为ZnO、TiO₂或SnO₂，TiO₂电子传输材料的前驱体溶液通过钛酸四异丙酯溶于异丙醇中，加热溶解得到；SnO₂电子传输材料的前驱体溶液通过二水氯化亚锡溶于乙醇中，加热溶解得到。

作为优选，所述S2中醋酸铈以3mol％的比例加入到ZnO电子传输材料的前驱体溶液。

作为优选，所述氧化锌和氧化铈掺杂的电子传输材料加热温度为85℃。