[发明专利]一种用于钙钛矿太阳能电池电子传输层的杂化物及其制备方法

说明书

本发明涉及一种可用于低温制备的钙钛矿太阳能电池电子传输层及其制备方法，本发明采用溶剂热法制备二氧化钛纳米分散液，并将TiO₂纳米分散液与醇溶性共轭聚合物复合，制备出共轭聚合物/TiO₂杂化材料，最后采用旋涂法将共轭聚合物/TiO₂杂化材料旋涂在经等离子处理过的ITO玻璃基底上，制成共轭聚合物/TiO₂杂化薄膜，即为电子传输层。本发明的有益效果是：本发明所提供了侧链含有羧基或磺酸基的醇/水溶性共轭聚合物的制备方法；并且提供了一种可低温制备(≤100℃)的用于钙钛矿太阳能电池电子传输层的杂化材料及其制备方法。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种可低温制备的钙钛矿太阳能电池电子传输层及其制备方法。

背景技术

自从2009年有机-无机杂化钙钛矿材料被首次用于光电领域以来，基于该种材料的钙钛矿太阳能电池已经引起了巨大的关注，因为钙钛矿太阳能电池成本低，能量转换效率较高。钙钛矿太阳能电池分为两种结构，分别为介观结构和平面异质结结构。最早的钙钛矿太阳能电池结构为介观结构，后来研究发现钙钛矿材料具有较长的载流子扩散长度和较长的载流子寿命，因而钙钛矿材料可用于平面异质结结构的钙钛矿太阳能电池中。研究表明，以TiO₂作为阴极缓冲层的平面异质结钙钛矿太阳能电池更容易制备，还可以获得较高的能量转化效率(PCE)。但高质量的致密锐钛矿型TiO₂层需要经过450℃以上的高温处理，如此极端的处理条件会限制钙钛矿太阳能电池未来的发展，特别是器件的柔性化方面。因此，探索在低温条件下制备出高性能钙钛矿太阳能电池的方法至关重要。

专利CN106384784A和专利CN106299141A介绍了一种复合电子传输层结构的钙钛矿太阳能电池及其制造方法，制备过程中，在导电玻璃层上旋涂SnO₂致密层，然后在马弗炉中180℃煅烧1h，相比较于N型金属氧化物成型温度400℃有所降低，但耗能仍然很高，不利于商业化。专利CN106449982A介绍了一种以氧化铬为电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，制备过程中，先旋涂第一电子传输层，再热蒸镀或溅射氧化铬第二电子传输层，虽然制备工艺能够达到150℃以下，但仍耗能高，且步骤繁琐。专利CN106449988A介绍了一种超薄电子传输层结构的钙钛矿太阳能电池，制备过程中，电子传输层采用浸涂法将FTO玻璃浸没在配制好的四氯化钛水溶液中，并且环境温度需要控制在70℃，之后还需要在150℃下烘干，所需条件苛刻，且步骤繁琐。专利CN106711333A介绍了一种钙钛矿太阳能电池渐变异质结电子传输层的制备方法，制备过程中，先后在70℃的锡源前驱体溶液和钛源前驱体溶液中各反应40min，最后在500℃下煅烧30min，该方法条件苛刻，步骤相当繁琐，且煅烧温度高。

本发明采用溶剂热法制备二氧化钛纳米分散液，并将TiO₂纳米分散液与醇溶性共轭聚合物复合，制备出共轭聚合物/TiO₂杂化材料，最后采用旋涂法将共轭聚合物/TiO₂杂化材料旋涂在经等离子处理过的ITO玻璃基底上，制成共轭聚合物/TiO₂杂化薄膜，即为电子传输层。该方法与已经报道的方法相比，能够实现钙钛矿太阳能电池的电子传输层在低温(≤100℃)条件下的制备，而且操作方法简单。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：提供一种用于低温制备钙钛矿太阳能电池电子传输层及其制备方法。

本发明通过下面所述技术方案实现：

一种用于钙钛矿太阳能电池电子传输层杂化物，其特征在于：由醇/水溶性共轭聚合物与纳米TiO₂形成的杂化材料。

其中，共轭聚合物结构式如下：