[发明专利]一种基于复合电子传输层的钙钛矿电池及制备方法

权利要求书

1.一种基于复合电子传输层的钙钛矿电池，其特征在于，电池结构自下而上包括衬底材料、透明电极、电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层和对电极，其中电子传输层为平面结构或者为多孔骨架结构。

2.如权利要求1所述的钙钛矿电池，其特征在于，所述衬底材料为硬质透明玻璃或者柔性有机塑料。

3.如权利要求1所述的钙钛矿电池，其特征在于，所述透明电极具有收集传输电子的能力，为铟锡氧化物、氟锡氧化物或铝锌氧化物中的任一种，透光度>70%，面电阻<15Ω。

4.如权利要求1所述的钙钛矿电池，其特征在于，所述电子传输层由金属氧化物组成，其中金属元素为两种或多种组合，具有不同电负性；所述电子传输层多孔骨架为微孔互穿结构，金属颗粒粒径在10-50 nm，厚度为80-600 nm。

5.如权利要求1所述的钙钛矿电池，其特征在于，所述钙钛矿光吸收层材料为ABX₃型，其中A为Rb⁺、Cs⁺、CH₃NH₃⁺、HC(NH₂)₂⁺，B为Pb、Sn、Cu，X为Cl、Br、I、SCN等；钙钛矿光吸收层可与平面电子传输层形成平面异质结；或渗入填充多孔结构电子传输层，并在多孔骨架上面形成一层致密均匀的钙钛矿薄膜；钙钛矿薄膜厚度为100-1000 nm。

6.如权利要求1所述的钙钛矿电池，其特征在于，所述的空穴传输层为Spiro-OMeTAD、P3HT、PTAA、 CuI、CuSCN、Cu₂O、NiOx和MoOx中的一种或多种。

7.如权利要求1所述的钙钛矿电池，其特征在于，所述对电极为不透明或者半透明的金、银电极或者导电碳材料电极。

8.权利要求1-7任一所述钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）配置溶于极性溶剂中的(FAPbI₃)_x(MAPbBr₃)_1-x钙钛矿前驱体溶液；配置溶于异丙醇的酸性异丙醇钛溶液，作为致密二氧化钛前驱体溶液；

2）金属盐溶液制备：将高纯无水级氯化钇粉末溶于无水级乙醇溶液，配置成0-20mg/ml不同浓度的溶液；

3）复合电负性金属氧化物电子传输层沉积：在透明电极表面旋涂步骤1）配置的致密TiO₂前驱液，在100-150 ^oC烘烤5-20 min后放入马弗炉中，再在450~550 ^oC烧结30-90 min，获得10-100 nm的致密TiO₂电子传输层；将商业Dyesol 30-NRD与乙醇进行混合，旋涂后于100-150 ^oC烘烤5-20 min，然后放入马弗炉中在450~550 ^oC烧结30-90 min，形成相互贯穿的微孔，通过调节Dyesol 30-NRD与乙醇混合比例，控制多孔层厚度为80-600 nm；然后将其放入其他电负性氯化钇溶液中静置处理，取出后吹干溶液，在马弗炉中450~550 ^oC烧结30-90 min；

4）钙钛矿光吸收层的溶液法制备：在电子传输层表面滴加钙钛矿前驱体，旋涂过程中滴加非极性溶剂萃取出极性溶剂，然后在60-150 ^oC烘干退火5-60 min结晶；通过调节前驱体浓度和旋涂转速控制钙钛矿光吸收层的厚度为100-1000 nm；

5）空穴传输层沉积：在钙钛矿光吸收层表面旋涂空穴传输层溶液，通过控制溶液浓度和转速，控制厚度为100-400 nm；

6）对电极沉积：采用热蒸镀法沉积金电极，控制厚度为50-150 nm。

9.如权利要求8所述的钙钛矿电池的制备方法，步骤4）中所述溶液法的溶剂包括极性溶剂和非极性溶剂，其中极性溶剂溶解钙钛矿材料，包括二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、γ-丁内酯中一种或多种；非极性溶剂与钙钛矿材料相互不溶，包括苯、甲苯、1,2-二甲苯、1,3-二甲苯、1,4-二甲苯、氯苯、1,2-二氯苯、1,3-二氯苯、1,4-二氯苯、乙醇、异丙醇中的一种或多种。