[发明专利]氧化锆钝化氧化锡作电子传输层的钙钛矿太阳电池及方法

说明书

本发明公开了氧化锆钝化氧化锡作电子传输层的钙钛矿太阳电池，所述电池包括透明导电衬底、电子传输层、钙钛矿层和电极；或者透明导电衬底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和电极；其中电子传输层为氧化锆钝化的氧化锡，该层是采用低温溶液法在氧化锡薄膜表面原位生长一层氧化锆钝化层。该电子传输层保证了对钙钛矿层中电子的提取，同时避免了在某些位点处，由于氧空位过高引起的该处载流子高复合的问题，为提升器件的效率和稳定性打下良好的基础。同时采用低温溶液法制备方法具有制备简单，经济实用，便于大面积生产的优势。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳电池技术领域，特别涉及一种钙钛矿太阳电池及制备方法。

背景技术

随着化石能源的加剧使用，能源枯竭和环境污染的问题愈加严重。因此对清洁能源的开发与利用是未来发展的趋势。而太阳能这种清洁能源，其能量远超其他所有能源总量之和，因此对太阳能的利用具有重要的发展前景。其中利用光伏器件将太阳能直接转换成电能是最直接有效的方式之一。太阳能电池发展至今历经三代：第一代是晶硅太阳能电池，第二代是薄膜太阳能电池，第三代是引入了纳米技术的新型太阳能电池。第三代太阳能电池包括染料敏华太阳能、有机太阳能电池、有机无机杂化钙钛矿太阳能电池(PSC)。其中，有机无机杂化钙钛矿电池因其高的光电转换效率(最高认证效率：25.2％)以及可溶液法制备优势引起了人们极大关注，并获得了迅猛的发展。

电子传输层的质量对钙钛矿器件性能具有重要作用。在钙钛矿电池研究初期，ZnO这种材料被用作电子传输层。但是由于在加热的过程中，ZnO会催化钙钛矿的分解，进而造成器件的光电转换效率和稳定性的大幅度下降。随后TiO₂获得了广泛的应用，但是TiO₂因为具有较宽的禁带宽度，造成该层的导电性较差，载流子的扩散长度较小。而且在紫外光的作用下，该层也能催化钙钛矿的分解。因此，目前具有较好导电特性的SnO₂进入人们的视野。游经碧采用氧化锡做电子传输层，制备了钙钛矿太阳能电池器件，获得了23.7％的国内最高认证效率。但是由于在制备的过程中SnO₂中氧空位的不可控性，在薄膜不同位置处氧空位含量不确定，因此在某些位点会由于氧空位含量过高造成对空穴的阻挡作用大幅度下降，造成载流子复合严重。陕西师范大学刘生忠教授课题组采用EDTA和SnO₂的络合物作为电子传输层，通过对氧化锡的改性，获得了器件性能的提升，获得了21.5％的国际认证效率。但是EDTA这种有机物在长期使用的过程中会产生退化，不能为工业产品提供长期有效的防护效果。因此，针对此问题，寻求合适的方法改善目前的问题具有深远意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氧化锆钝化氧化锡作电子传输层的钙钛矿太阳电池及方法，通过制备氧化锆钝化氧化锡电子传输层，能够同时兼顾电子传输层的导电性，同时避免因某些位点氧空位过高引起的载流子复合严重问题。该方法具有简单易操作，成本低廉，便于大面积生产等优点。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种氧化锆钝化的氧化锡作为电子传输层的钙钛矿太阳电池，包括透明导电衬底、电子传输层、钙钛矿层和电极；或者透明导电衬底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和电极；其特征在于，电子传输层为氧化锆钝化的氧化锡，该层是采用低温溶液法在氧化锡薄膜表面原位生长氧化锆层。

进一步的，所述的氧化锆钝化氧化锡层中氧化锡层的厚度为20-50nm。

进一步的，所述的氧化锆钝化氧化锡层中氧化锆层的厚度为1-5nm。

进一步的，所述的氧化锆钝化氧化锡层的制备方法包括如下步骤：

(1)将导电玻璃片浸入浓度为0.02-0.1mol/L的氯化亚锡水溶液中；

(2)60-120度下水解30-120min；

(3)将上述样品取出，浸入浓度为0.01-0.1mol/L的ZrOCl2溶液中；