[发明专利]一种用于钙钛矿太阳能电池电子传输层的水滑石热解材料及其制备方法、钙钛矿太阳能电池

说明书

本发明涉及一种用于钙钛矿太阳能电池电子传输层的水滑石热解材料及其制备方法、钙钛矿太阳能电池。本发明利用锌源和铝源通过胶体磨法制备出锌铝水滑石后，将其热解产物铝掺杂的氧化锌二维纳米片用有机溶剂分散，旋涂到基底FTO上，500‑600℃下退火形成电子传输层。利用水滑石纳米片抗水和稳定的特性，使钙钛矿物质的稳定性得以提高，同时电极材料选择碳电极作为阳极，密封性得以提高，更加可以提高钙钛矿层的抗潮解性能，同时延长钙钛矿电池的寿命。此外，本发明提供的电池制备简单，可简化对器件封装的要求，提高器件寿命，降低制造成本。

技术领域

本发明属于光电材料技术领域，具体而言，涉及一种用于钙钛矿太阳能电池电子传输层的水滑石热解材料及其制备方法、钙钛矿太阳能电池。

背景技术

层状双金属氢氧化物(LDHs)又称为水滑石,是一种新型的具有分层结构的无机功能材料,是由带正电层板金属阳离子和层间阴离子构成。一般的化学结构式可用[M^II_1-xM^III_x(OH)₂]^z+(A^n-)_z/n·yH₂O来描述，其中M_II和M_III分别为二价和三价金属；A^n-则是层间阴离子。这种材料的特点是合成简便且具有相对较大的比表面体积和很高的阴离子交换能力，以LDHs为前驱所制备的掺杂氧化物的掺杂离子分布高度均匀。因此,以锌铝水滑石为前驱物，在一定的退火温度下热解制备了特定锌/铝摩尔比的掺杂氧化锌并及其作为钙钛矿太阳能电池电子传输层，研究了这种铝掺杂氧化锌的光电性能。

太阳能电池领域的发展分为传统的电池和新概念的太阳能电池。传统太阳能电池主要为硅太阳能电池，因为硅是一种半导体材料，吸收太阳光后会产生一定的光伏效应。传统太阳能电池为基于硅晶片的单晶硅和多晶硅以及GaAs为主要的材料的电池。但是，这种电池问题主要还是成本过高，所以发展新型材料的太阳能电池成为一种趋势。新概念的太阳能电池主要以薄膜为主，如染料敏化电池、钙钛矿太阳能电池。染料敏化电池染料敏化太阳能电池(DSSCs)主要由工作电极、氧化还原电解质和对电极组成。光阳极就是工作电极，是由染料敏化的nc-TiO₂多孔膜来构成的；其中二氧化钛的光阳极是整个DSSCs的核心部分，在电池中不仅起到负载染料的作用外，还起到了接收电子和传输电子的作用。但是，染料敏化电池的能量转换效率不算很高。钙钛矿电池(PSC)从2012年报道的效率为9.7％的电池，经过几年的研究，已经取得惊人的进展，其电池具有优异的重现性，功率转换效率(PCE)高达21.6％，在标准AM 1.5G的条件下认证的PCE为21.02％。PSC具有很好的发展前景，有望在未来作为一种新型的能源器件投入人类的生活应用中。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于钙钛矿太阳能电池电子传输层的水滑石热解材料及其制备方法、钙钛矿太阳能电池。

一种用于钙钛矿太阳能电池电子传输层的水滑石热解材料，是通过高温热解锌铝水滑石得到的铝掺杂氧化锌。

所述锌铝水滑石是通过胶体磨法制备的纳米片状锌铝水滑石，化学式为[Zn²⁺_1-xAl³⁺_x(OH)₂]^x+(CO₃^2-)_3x/2·mH₂O，其中0.27≤x≤0.44，m为结晶水含量，0.1≤m≤5。

所述锌铝水滑石中锌铝摩尔比为2-5：1。

所述锌铝水滑石高温热解时的退火温度为500℃-600℃，退火时间不超过1h。

上述用于钙钛矿太阳能电池电子传输层的水滑石热解材料的制备方法，包括以下步骤：