[发明专利]一种氧化铌材料及其在钙钛矿太阳能电池中的应用

说明书

本发明涉及一种Nb₂O₅薄膜作为钙钛矿太阳能电池的电子传输材料的方法。将0.5 mmol的乙醇铌溶解于1 mL乙醇中，并滴加2 M的盐酸20μL作为水解抑制剂。上述溶液在室温下搅拌2 h后，在导电玻璃基底上以4000转/分钟的速度旋涂Nb₂O₅前驱体溶液，退火，制备得到Nb₂O₅薄膜。最后，以Nb₂O₅作为电子传输材料，有机‑无机杂化CH₃NH₃PbI₃为吸光材料，Spiro‑OMeTAD作为空穴传输材料，Au为对电极组装钙钛矿太阳能电池用于测试光电性能。在100mW/cm²的光强、AM1.5条件下，基于Nb₂O₅作为电子传输材料的钙钛矿太阳能电池得到最高光电转换效率为17.85%。

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种氧化铌材料及其在钙钛矿太阳能电池中的应用。

背景技术

钙钛矿太阳能电池(PSCs)以其具备有机物的成本低、可溶液制备、易成膜等特点，同时也具备无机物的高吸光系数，高载流子迁移率等优点，电池性能迅速超越染料敏化太阳能电池(DSSCs)以及体异质结太阳能电池(BSCs)，并极有可能接近并超越硅基太阳能电池性能并在未来的太阳能电池市场中占据一席之地。从目前研究结果来看，钙钛矿太阳能电池的支架层电子传输材料中，各种不同纳米结构的氧化物，如TiO₂、ZnO、SnO₂、CeO_x等已被研究报道。目前，制备得到光电转化效率超过20%的钙钛矿太阳能电池，依然常用TiO₂作为电子传输层材料。相较而言，同为n型半导体的Nb₂O₅有着与TiO₂相似的光学带隙与电化学性质。更重要的是Nb₂O₅有着更优异的化学稳定性。基于之前的相关研究，Nb₂O₅作为一种空穴阻挡层材料被应用于染料敏化太阳能电池中，可以有效地抑制载流子在界面处的复合速率。而针对之前Nb₂O₅应用于钙钛矿太阳能电池的研究中发现，电池的效率远未达到令人满意的结果，并且Nb₂O₅薄膜的制备工艺对仪器设备的要求较高，不利于今后大面积钙钛矿太阳能电池的制备。

目前以Nb₂O₅材料作为钙钛矿太阳能电池的电子传输层材料的研究比较少，本专利报道的一种简单制备Nb₂O₅薄膜作为电子传输层有利于钙钛矿太阳能电池的大面积制备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氧化铌材料及其在钙钛矿太阳能电池中的应用，以乙醇铌作为前驱体材料制备得到Nb₂O₅薄膜作为电子传输层，有机-无机杂化CH₃NH₃PbI₃为吸光材料组装钙钛矿太阳能电池。如图1所示，在100mW/cm²的光强、AM1.5条件下，基于 Nb₂O₅作为电子传输材料的钙钛矿太阳能电池得到最高光电转换效率为17.85%。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：