[发明专利]太阳能电池电子传输层及其制备方法

说明书

本发明公开了太阳能电池电子传输层及其制备方法。含硫修饰的锡酸锌复合电子传输层的钙钛矿太阳能电池包括依次叠加的导电衬底、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和背电极层；其中锡酸锌采用低温水热法合成，再将得到的锡酸锌纳米颗粒分散，之后在锡酸锌纳米颗粒分散液中掺入微量硫脲，采用硫掺杂对于锡酸锌纳米颗粒进行原位修饰；之后通过刮涂、低温退火在导电基底上制备得到硫修饰的锡酸锌电子传输层。硫修饰的锡酸锌电子传输层能够促进钙钛矿成膜，提高钙钛矿电池及模组器件效率，器件的重复性、稳定性也得到明显提升。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池领域,具体涉及太阳能电池电子传输层及其制备方法。

背景技术

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池具有优异的光电转化效率，其效率已经达到25.8％。其中，电子传输层极大地影响着载流子的提取和电子传输，在电池器件结构中起着重要的作用。目前使用最广泛的电子传输层有TiO₂、SnO₂、ZnO等，但是TiO₂的电子迁移率仅为0.1-10cm²V^-1s^-1，并且TiO₂存在着光催化降解特性，在长期光照条件下会破坏钙钛矿结构，不利于电池器件的长期运行稳定；ZnO由于其表面的羟基和氧空位的存在也会破坏钙钛矿结构，影响器件的长期运行稳定性；SnO₂虽然具有较高的电子迁移率，然而，由于SnO₂导带底更低，更容易在界面处发生载流子的复合，不利于高效率器件的制备。为了适应于钙钛矿太阳能电池的商业化应用，低温、可扩展、低成本的制备工艺，以及优异的光电性能是面向模组应用的高性能电子传输层发展的重点。

发明内容

本发明的主要目的，在于提供一种太阳能电池电子传输层，其为硫修饰的锡酸锌薄膜，硫以表面修饰的形态存在，在锡酸锌纳米颗粒的表面形成硫化锌，硫在电子传输层中的含量为5％～15％(质量比)。

在本发明的电子传输层中，通过修饰之后，锡酸锌表面分布有均匀的硫化锌。

在本发明的电子传输层中，相较于未修饰的电子传输层，电子迁移率由典型的10.3cm²V^-1s^-1提升至12-15cm² V^-1s^-1。

本发明的另一目的，在于提供太阳能电池电子传输层的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，通过低温水热法合成锡酸锌纳米颗粒，将合成的锡酸锌纳米颗粒分散到分散液中，得到锡酸锌分散液；

步骤2，在步骤1的锡酸锌分散液中加入硫化物，浓度为0.1～1mg/mL；

步骤3，刮涂法制备电子传输层：将步骤2配置好的锡酸锌分散液滴在刮刀与基底之间的狭缝中，刮刀高度与基底距离为60-100μm，刮涂速度为0.5-8mm/s；重复该过程2～4次；

步骤4，在空气氛围、100℃～200℃退火0.5-2h，待降至室温后得到太阳能电池电子传输层。

本发明的再一目的，在于提供钙钛矿太阳能电池，其包括依次叠加的导电基底、含硫修饰的锡酸锌电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和背电极层；其中，所述的含硫修饰的锡酸锌电子传输层为前述的太阳能电池电子传输层，或是前述的制备方法制备得到的太阳能电池电子传输层。