[发明专利]一种利用原子层沉积法制备的复合电子传输层钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明申请的一种利用原子层沉积法制备的复合电子传输层钙钛矿太阳能电池及其制备方法。其特征为使用了使用原子层沉积法制备的富勒烯/二氧化钛复合电子传输层，电池的结构特征为具备透明的顶电极和金属对电极，使用有机小分子、聚合物、无机物等做为空穴传输材料。该种钙钛矿太阳能电池具有很高的热稳定性，此外其光电转换性能也较为优良。

技术领域

本发明申请涉及一种利用原子层沉积法制备的富勒烯/二氧化钛复合电子传输层

的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

有机无机杂化钙钛矿太阳能电池是近些年发展出的一种光电转换效率极高可以媲美商用化的硅基和铜铟镓硒太阳能电池的新型太阳能电池，由于其可以直接通过溶液法制备，具有明显的成本优势。然而由于其组分为大尺寸带电荷量少的离子，决定了其结构稳定性很差。在光照、热应激、电场等条件下其组分很容易发生迁移。一般常规的有机小分子或者聚合物的传输层无法有效阻挡扩散的钙钛矿组分和金属电极扩散导致的接触，这些扩散会导致产生短路的通路，器件的效率会明显的下降，直至器件完全失效。

原子层沉积法一般使用两种前驱体，可将物质以单原子膜形式一层一层的镀在基底表面，并且新一层膜和前一层膜之间是紧密关联的，使用该方法制备的传输层材料非常致密，可以有效覆盖基底材料，有效的阻挡钙钛矿组分和金属电极的相互扩散。但原子层沉积法在沉积过程中会使用水、四氯化钛这类前驱体，这类前驱体会导致钙钛矿活性层的破坏。富勒烯衍生物电子传输层材料具备良好的稳定性和传输性能，然而单一的富勒烯衍生物的电子传输层也无法有效阻挡钙钛矿组分和顶电极的扩散。因为利用富勒烯衍生物/原子层沉积法制备的TiO₂复合传输层同时具备致密和传导性能优良的双重优点，利用该复合传输层制备的钙钛矿太阳能电池具备较高的效率和良好的稳定性。

发明内容

本发明申请即是针对现在上述已有的钙钛矿太阳能电池的不足，发明了一种基于富勒烯/二氧化钛复合电子传输层材料的钙钛矿太阳能电池。由于该复合电子传输层材料非常致密，可以有效的阻挡钙钛矿组分和顶电极的相互扩散。因而该器件具备良好的热稳定性，在85℃加热的条件下也可以保持原有效率的80％以上，且其原始效率也可以达到10％。

本发明申请的一种利用原子层沉积法制备的复合电子传输层钙钛矿太阳能电池及其制备方法其特征为使用了使用原子层沉积法制备的富勒烯/二氧化钛复合电子传输层，电池的结构特征为具备透明的顶电极，和金属背电极，使用有机小分子、聚合物、无机物等做为空穴传输材料。该种钙钛矿太阳能电池具有很高的热稳定性，此外其光电转换性能也较为优良。

一种利用原子层沉积法制备的富勒烯/二氧化钛复合电子传输层的钙钛矿太阳能电池，其制备方法包括如下的步骤：

(1)步骤一，清洗透明导电基底ITO、FTO等。

(2)步骤二，在透明导电基底上通过旋涂、喷涂或者电化学的方法在透明导电基底上制备窗口层如NiO、PTAA、PEDOT等，即第一层传输层材料。

(3)步骤三，通过两步法或者一步法的方法制备钙钛矿光活性层，其厚度介于200-2000nm之间。

(4)步骤四，在钙钛矿光活性层材料上，将富勒烯衍生物的非极性溶剂的溶液通过旋涂、喷涂等工艺制备成第二层传输层材料的薄膜。

(5)步骤五，利用原子层沉积系统，以TiCl₄、水作为前驱体，基底在50-200C的条件下，沉积一层厚度为5-200nm厚的TiO₂。

(6)步骤六，在高真空的条件下，通过蒸镀、溅射等工艺将低功函的金属电极沉积在第富勒烯/二氧化钛复合电子传输层上。

(7)步骤七，使用适当的封装方法将制备好的富勒烯/二氧化钛复合电子传输层的钙钛矿太阳能电池组件封装好，隔绝水氧，提升其稳定性。