[发明专利]一种用于钙钛矿太阳能电池的非晶-多晶复合型电子传输层的制备方法

说明书

本发明属于太阳能电池技术领域，一种用于钙钛矿太阳能电池的非晶‑多晶复合型电子传输层的制备方法，该非晶‑多晶复合的电子传输层的钙钛矿太阳能电池结构从下到上依次为基底、非晶‑多晶复合的电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层以及金属电极。与传统SnO₂基钙钛矿太阳能电池相比，非晶‑多晶复合型电子传输层更加有利于电子传输，提高电荷传输速率，电子迁移率从原本的7.67*10^‑4cm²V^‑1S^‑1提高到1.45*10^‑3cm²V^‑1S^‑1，减少SnO₂表面缺陷引起的电荷复合，SnO₂表面缺陷态密度从1.33*10¹⁷cm^‑3，降低到3.66*10¹⁶cm^‑3，电池光电转换效率从20.15％提高到22.17％。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，涉及非晶-多晶复合型电子传输层制备方法。

背景技术

随着有机无机杂化钙钛矿太阳能电池迅猛的发展，其效率从2009年的3.81％增至目前的25.7％[https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.jpg]。制备出高效率的电池有许多至关重要的问题，比如各功能层之间的能级匹配，界面接触，表面缺陷等。其中的电子传输层，主要是传输电子和阻止空穴的作用，针对电子传输层，分为有机电子传输层和无机电子传输层两种。有机电子传输层具有易处理，

性能佳的优点，但存在环境，光热稳定性差的缺点，这一点严重限制了整个器件的稳定性。无机电子传输层,主要使用TiO₂等无机金属氧化物，但TiO₂具有较高的催化活性，使TiO₂电子传输层的电池器件在紫外光照射下，氧脱附诱导钙钛矿层分解[Nat.Commun.2013,4,2885]。TiO₂的体电子迁移率1cm² V^-1s^-1，薄膜的电子迁移率较低(10^-5cm² V^-1s^-1)，器件中电子和空穴的迁移速率不一致，导致迟滞现象[Nature Energy2016,2,16177]。TiO₂需要较高的热处理温度，这限制了TiO₂在柔性器件上的使用前景。近年来，SnO₂作为PSCs的电子传输层倍受关注，相对TiO₂，主要有以下优势：1)具有较深的导带和良好的能级匹配，更加有利于电子传输层/钙钛矿界面的电子提取和阻止空穴迁移；2)具有高的体积电子迁移率(240cm² V^-1s^-1)和高电导率，可提高电子传输效率，减少复合损失；3)具有更宽的带隙(3.6-4.0eV)和较高的透过率，保证大部分的光能通过，到达钙钛矿层，减少入射光损失；4)可低温热处理(200℃)，可适用于柔性器件。5)具有优异的化学稳定性，光催化活性较低，有利于器件的整体长期稳定性[Small2018,14,1801154]。

SnO₂的性能在很大程度上取决于制备方法和处理条件，制备方法主要有溶胶凝胶法、原子层沉积法、化学浴沉积法、旋涂等多种制备方法，制备了平面多晶的致密SnO₂电子传输层。然而，这些方法制备的SnO₂薄膜通常是无定形的或结晶度低，直接导致电子迁移率和电导率相对较差。高结晶度的SnO₂纳米颗粒可以有效地克服这一难题，获得高质量且几乎没有陷阱的SnO₂薄膜。但高温烧结会薄膜具有明显的针孔和陷阱，将导致严重的界面复合和电荷传输障碍，使器件性能较差。由于SnO₂电子传输层的导电性不佳、表面具有大量的陷阱、与钙钛矿膜能级不匹配等原因，SnO₂基器件依旧存在一定的迟滞，因此，需要对SnO₂进行修饰或后处理。