[发明专利]一种SnO2量子点电子传输层钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种SnO₂量子点电子传输层钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于光电子材料与器件领域。包括透明导电衬底、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属电极，所述的电子传输层是SnO₂量子点或Mg掺杂的SnO₂量子点在100~185℃退火所得。所述的SnO₂量子点是SnCl₂•2H₂O和硫脲溶解在水中搅拌所得。该结构很容易制备出高效和重复性好的平面钙钛矿太阳能电池。通过这种方法制备出了18.93%光电转换效率的平面刚性钙钛矿太阳能电池和转换效率为16.12%的柔性钙钛矿太阳能电池。为将来柔性电池卷对卷的大面积制备打下了坚实的基础。

技术领域

本发明涉及一种SnO₂量子点电子传输层钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于光电子材料与器件领域。

背景技术

近年来，能源危机变得越来越紧迫，清洁能源的研究变得越来越迫切。清洁能源包括太阳能、风能、水电能等。太阳能由于取之不尽用之不竭，而光伏电池能将太阳能直接转化为电能具有很大的应用前景。目前的太阳能电池由硅太阳能电池发展到现今较为成熟的有机太阳能电池、染料敏化太阳能电池和铜铟镓锡太阳能电池等。但目前这些电池在应用方面还存在成本高、稳定性差等很多问题，所以太阳能的开发和利用还处在起步阶段，有关太阳能电池的研究也很迫切，国内外投入了很多的研究精力，都希望在太阳能电池领域能取得巨大的突破。

钙钛矿电池近年来发展迅速，由于具有很高的光电转化效率，在国内外引起了空前巨大的研究热潮，并且已经取得了很多的研究成果。钙钛矿吸光材料具有高的载流子迁移率、带隙可调、溶液法制备以及高的吸收系数等特点，所以钙钛矿电池可以获得高的短路电流、开路电压和填充因子。目前，这一领域的迅速发展吸引了来自世界各国科学家们的研究兴趣。

电子传输层在钙钛矿太阳能电池中扮演着十分重要的角色，其光学、电学性能以及自身的稳定性，可以直接影响钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和稳定性。正置钙钛矿太阳能电池通常使用高温制备的TiO₂作为电子传输层，其制备工艺复杂、成本高，不利于钙钛矿产业化和柔性器件的发展。同时TiO₂的电子迁移率比较低，不利于电子的传输和收集。近两年，SnO₂作为一个性能优异的电子传输层材料，受到了研究者们广泛的关注。通过使用SnCl₂.H₂O溶解在乙醇溶液中进行水解形成溶胶(sol-gel工艺)，来制备高效的SnO₂电子传输层已经有报道(专利号：CN 104157788 A)(Weijun Ke,Guojia Fang,Qin Liu,LiangbinXiong,Pingli Qin,HonTao,JingWang,Hongwei Lei,Borui Li,Jiawei Wan,Guang Yang,Yanfa Yan. Low-Temperature Solution-Processed Tin Oxide as an AlternativeElectron Transporting Layer for Efficient Perovskite Solar Cells.Journal ofthe American Chemical Scociety. 2015))。但是，这个水解过程可控性很差，且易受外界环境的影响。结果导致基于这种方法SnO₂电子传输层制备的可控性和重复性较差；薄膜表面易出现较大的白色颗粒(见文献Weijun Ke,Dewei Zhao,Alexander J.Cimaroli,CoreyR.Grice， Pingli Qin,Qin Liu,Liangbin Xiong,Yanfa Yan and Guojia Fang,Effectsof Annealing Temperature of Tin Oxide Electron Selective Layers on thePerformance of Perovskite Solar Cells,Journal of Materials Chemistry A,2015,3,24163)，导致钙钛矿太阳能电池的重复性不是十分理想，并且180℃的退火温度对于柔性朔料衬底来说还是高了一些。最近的研究结果显示，使用商业购买的SnO₂纳米颗粒作为电子传输层可以制备出高效的平面钙钛矿电池(JB You,Enhanced electron extractionusing SnO₂for high-effciency planar-structure HC(NH₂)₂PbI₃-based perovskitesolar cells. Nature Energy.2016,16177)。但是，基于这种商业购买的SnO₂纳米颗粒的电子传输层不易于进一步的进行调控和改性来改善其电荷传输性能、优化能带匹配。所以，发明一种工艺流程简单、更低温、制备成本更低、易重复、可调控、高效的 SnO₂电子传输层制备方法以及制备出高效的平面钙钛矿电池是十分有必要的。