[发明专利]氧化锡电子传输层的制备方法及在钙钛矿电池中的应用

说明书

本发明提供了一种氧化锡电子传输层的制备方法及在钙钛矿电池中的应用。其中电子传输层的制备方法，包括以下步骤：S1、氧化锡胶体与乙腈溶液混合制备SnOsubgt;2/subgt;前驱体溶液，将其旋涂在导电玻璃上，得到预制备的电子传输层；S2、将S1中预制备的电子传输层进行真空处理，随后在加热面板上进行退火处理，得到氧化锡电子传输层。本发明能够克服SnOsubgt;2/subgt;纳米颗粒团聚与玻璃基板接触不良的问题，避免薄膜表面产生缺陷。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池技术领域，具体涉及一种氧化锡电子传输层的制备方法及在钙钛矿电池中的应用。

背景技术

钙钛矿太阳能电池（PSC）由于其制造成本低、功率转换效率高，作为工业光伏器件显示出巨大的潜力。在钙钛矿太阳能电池中，电子传输层对于载流子的抽取与传输起着至关重要的作用。由于高电子电导率和与钙钛矿良好的能级匹配，SnO₂被广泛用作PSC的电子传输层（ETL）。研究发现，氧化锡（SnO₂）基PSC的性能高于二氧化钛基PSC，尤其是在器件稳定性方面，表明SnO₂作为PSC中的电子传输层具有巨大的潜力和前景。商用SnO2水性胶体可以通过 150 ℃的烧结处理形成致密的SnO₂层，但是越来越多的研究发现SnO₂基PSC中仍然存在界面缺陷，制备过程中出现薄膜难以成形，薄膜表面孔洞增多的现象。这导致制备出的薄膜内部缺陷增多，电池效率和稳定性降低。然而，SnO₂纳米颗粒的团聚使它们与玻璃基板接触不良，容易在薄膜表面产生缺陷。

研究发现利用乙腈（ACN）对商用SnO₂胶体的常规溶剂进行优化，以解决这些问题。在溶剂中添加乙腈可以得到性能更好的SnO₂ETL，从而消除对玻璃基板进行长时间紫外线臭氧（UV-Ozone）处理的需要，这无疑大大简化了制造工艺。随后在退火前对SnO₂薄膜进行真空处理，进一步改善了ETL薄膜的形貌和整个器件的性能。

最后，经过上述溶剂工程处理后的最佳装置效率达到22.3%，比常规方法制备的控制装置提高了10%。此外，设备的长期稳定性也明显提高。这种溶剂工程策略为制备用于高性能 PSC 的高质量 SnO₂ETL 提供了一种简单的途径。

发明内容

本发明提供一种氧化锡电子传输层的制备方法及在钙钛矿电池中的应用，其能够克服SnO₂纳米颗粒团聚与玻璃基板接触不良的问题，避免薄膜表面产生缺陷。

本发明的技术方案是，一种氧化锡电子传输层的制备方法，包括以下步骤：

S1、氧化锡胶体与乙腈溶液混合制备SnO₂前驱体溶液，将其旋涂在导电玻璃上，得到预制备的电子传输层；

S2、将S1中预制备的电子传输层进行真空处理，随后在加热面板上进行退火处理，得到氧化锡电子传输层。

进一步地，氧化锡胶体与乙腈溶液的体积比为1：3~5。

进一步地，所述氧化锡胶体中含有氧化锡和水，其中氧化锡的质量分数为10~20%；乙腈溶液采用乙腈和水按配制而成，其中乙腈的体积占比为20-80%。

进一步地，S1中氧化锡胶体与乙腈溶液混合时在30-60 ℃超声30-60 min。

进一步地，S2中真空处理的时压力小于10 Pa，处理时间为10-15 min。

进一步地，S2中退火处理的温度为120-150 ℃，时间为10-15 min。

本发明还涉及一种钙钛矿太阳能电池，该电池包括依次层状分布的FTO导电玻璃层、电子传输层、钙钛矿薄膜层、空穴传输层和金属电极层，其中电子传输层采用上述制备方法制备得到。