[发明专利]一种基于配体化二氧化钛电子传输层的钙钛矿太阳电池及其制备方法

说明书

本发明属于钙钛矿太阳电池领域，涉及一种基于配体化二氧化钛电子传输层的钙钛矿太阳电池及其制备方法。本发明通过调控化学水浴制备二氧化钛的沉积过程，缓和四氯化钛水解速率，调控二氧化钛晶粒的形核与生长，以解决二氧化钛晶粒团聚、与钙钛矿薄膜界面接触性能差等问题，得以制备高效的二氧化钛基平面钙钛矿太阳电池。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳电池领域，涉及一种基于配体化二氧化钛电子传输层的钙钛矿太阳电池及其制备方法。

背景技术

金属卤化物钙钛矿太阳电池具有光电转换效率高、可溶液制备、成本低等优势，是一种极具发展的潜力的太阳能利用技术。相比较于介孔结构的钙钛矿太阳电池，平面结构的钙钛矿太阳电池在柔性器件和叠层器件领域具有突出的应用潜力。在平面结构的钙钛矿太阳电池中，最常用的的无机电子传输层材料是TiO₂、SnO₂和ZnO，其中基于SnO₂电子传输层的钙钛矿太阳电池的认证效率超过了25％，然而，基于TiO₂电子传输层的钙钛矿太阳电池的认证效率还是低于24％。上述的效率差距与低质量的二氧化钛电子传输层及其与钙钛矿层的界面接触差相关。

目前，为了获得高质量的二氧化钛电子传输层，研究者们提出了下述操作方法：旋涂法早在2017年开始就被用来制备二氧化钛电子传输层，该方法不仅操作简单，并且可通过在前驱体溶液中加入特定物质实现对二氧化钛的掺杂改性。不过，使用旋涂法制备二氧化钛薄膜难以控制晶粒团聚，并且在粗糙的FTO与ITO基底上实现保形成膜和均匀成膜，限制了钙钛矿太阳电池效率的进一步提升。

除了旋涂法，原子层沉积、磁控溅射、电子束蒸发、化学水浴法等方法也被用来制备二氧化钛薄膜。相比较于原子层沉积、磁控溅射、电子束蒸发等依赖于精密仪器、制备温度高的方法，化学水浴法具有工艺简便、制备温度低、保形成膜的优点，与钙钛矿太阳电池的制备工艺十分兼容。苏州大学廖良生研究团队通过在二氧化钛水浴前驱液中加入H₂PtCl₆以制备Pt元素掺杂的二氧化钛薄膜，提升二氧化钛的电子迁移率，改善其与钙钛矿薄膜的能级匹配，进而提升钙钛矿太阳电池的光电转换效率。中科院物理所孟庆波老师在化学水浴制备的二氧化钛薄膜上旋涂一层PCBA以改善二氧化钛与钙钛矿层的界面接触，也有效提升了钙钛矿太阳电池的光电转换效率。

虽然化学水浴法制备二氧化钛薄膜具有低温制备、保形成膜、工艺简便的优点，但制备过程中包括剧烈的水解过程和成核结晶过程，容易发生晶粒团聚和生成氧空位缺陷，进而导致二氧化钛电子迁移率低，并影响与钙钛矿薄膜的界面接触，限制了钙钛矿太阳电池性能的提升；且，化学水浴法制备二氧化钛薄膜的过程水解反应剧烈，晶粒团聚，制备出的二氧化钛薄膜表面粗糙、界面接触性差，无法应用于高效的钙钛矿太阳电池。

因此，为了提升基于二氧化钛电子传输层的钙钛矿太阳电池效率，通过调控二氧化钛的沉积过程以提升二氧化钛薄膜质量及其界面接触特性是一个可行的方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于配体化二氧化钛电子传输层的钙钛矿太阳电池及其制备方法。通过调控化学水浴制备二氧化钛的沉积过程，缓和四氯化钛水解速率，调控二氧化钛晶粒的形核与生长，以解决二氧化钛晶粒团聚、与钙钛矿薄膜界面接触性能差等问题，得以制备高效的二氧化钛基平面钙钛矿太阳电池。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于配体化二氧化钛电子传输层的钙钛矿太阳电池的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：

在洁净的FTO基底上通过配体工程辅助的化学水浴方法制备配体化二氧化钛电子传输层，随后在FTO/电子传输层上依次采用旋涂工艺制备MA_XFA_1-XPbBr_YI_3-Y钙钛矿薄膜、钝化层和空穴传输层，最终在所述空穴传输层上采用真空蒸镀方式制备金属电极，即完成所述钙钛矿太阳电池的组装；