[发明专利]一种低温制备二氧化钛和钙钛矿平面异质结太阳电池的方法

说明书

技术领域

本发明涉及有机无机杂化钙钛矿平面异质结太阳电池领域，具体涉及到使用阳极氧化方法制备的低温二氧化钛致密层作为电子传输层的柔性钙钛矿平面异质结太阳电池及其制备方法。

背景技术

随着世界能源的不断消耗，太阳电池发电成为了代替传统不可再生能源的一种有效的途径。有机无机杂化钙钛矿太阳电池，从2012年开始受到光伏领域的广泛关注，在短短的几年时间里，其光电转化效率已经由最初的3.8%骤升至目前超过了20%的认证效率。有机无机杂化钙钛矿材料本身优异的光电特性以及应用太阳电池时器件结构的灵活设计，使之成为太阳电池领域未来发展的主要方向之一。

基于CH₃NH₃PbI₃/CH₃NH₃PbI_3-xCl_x作为光吸收层的有机无机杂化钙钛矿太阳电池还包括二氧化钛致密层和有机聚合物分别作为电子和空穴传输层，提高载流子的收集效率。凭借着钙钛矿材料优良的材料特性和简易的制备方法，包括很小的激子结合能，极佳的光学带隙，电子和空穴的双极传输特性，溶液直接旋涂等。钙钛矿太阳电池的研究目前在国内外已经得到了广泛的重视和关注。然而，致密层二氧化钛的制备过程需要超过500℃的高温烧结，因此大大的影响了衬底的选取，使得高效柔性的钙钛矿太阳电池发展受到了很大的限制。

阳极氧化工艺简单，成本低廉，对环境要求简单，室温下即可操作，成膜均匀，适合作为一种大面积均匀生长薄膜的有效途径。更为重要的是，在氧化的过程中，通过对电解液的选取，氧化电压的施加，氧化时间的调节，可以很好的控制和调节薄膜的性能和形貌。因此，此工艺可以代替传统的高温烧结方法来制备光电性能优异的致密层二氧化钛薄膜。通过简单地对氧化过程参数的控制，我们发现不同条件下制备的二氧化钛薄膜，其表面的亲水性测试展示出很大的不同，从而可以形成与钙钛矿吸收层更好的界面接触。并且二氧化钛薄膜具有较少的界面缺陷态，使得其与钙钛矿层接触时，有更好的电子抽取能力，降低载流子的复合，更好充当电子传输层的角色。

发明内容

本发明的目的使用阳极氧化制备二氧化钛致密层代替原来高温烧结方法制备的二氧化钛，为有机无机杂化钙钛矿太阳电池在柔性衬底上的制备以及其日后产业化发展提供了一种有效的方法。使用阳极氧化制备的二氧化钛电子传输层不仅厚度均匀、重复性高，且工艺简单。

本发明的技术方案：使用阳极氧化法低温制备二氧化钛电子传输层，并且将其应用于柔性导电衬底PET/ITO有机无机杂化钙钛矿太阳电池中。柔性衬底钙钛矿太阳电池由透明的柔性衬底PET/ITO、阳极氧化电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层、金属电极构成。阳极氧化电子传输层制备方法：首先磁控溅射溅射30-100nm金属钛膜，然后选用去离子水、乙二醇、丙三醇等溶剂作为电解液，适当的加入弱酸柠檬酸来增加导电性，通过一定时间的氧化来完成。钙钛矿薄膜的制备采用两步升温退火完成。空穴传输层选用有机聚合物P3HT、PTB7或者Spiro-OMeTAD旋涂制备，金属电极使用热蒸发蒸镀完成。

所述阳极氧化电子传输层，分别选用去离子水、乙二醇、丙三醇为电解液，通过添加柠檬酸来调节电解液溶液的导电性，通过施加5-50V的氧化电压低温氧化获得，其厚度可控制在30-100nm。

所述钙钛矿吸收层使用PbI₂、PbCl₂和CH₃NH₃I以211mg，127.4mg和291.3mg溶于1ml二甲基甲酰胺（DMF）的前驱液获得，并且两步升温退火获得300-500nm的钙钛矿薄膜。

所述空穴传输层通过旋涂15mg/ml的P3HT氯苯溶液、10mg/ml的PTB7氯苯溶液，随后80℃下退火30min获得。或者旋涂100mg/ml的Spiro-OMeTAD氯苯溶液，在空气中充分氧化8h以上即可。

所述电极为银金属或者金金属电极。

上述初阳极氧化制备流程外，所涉及的原材料、工艺设备均是公知的。