[发明专利]用作电子传输层的氧化物薄膜的制备方法及其应用

说明书

本发明公开一种用作电子传输层的氧化物薄膜的制备方法及其应用，该氧化物薄膜的制备方法包括下述步骤：1)配置氧化物前驱体溶液，搅拌均匀待用；2)在衬底表面滴加氧化物前驱体溶液开始旋涂，旋涂结束后将衬底转移至含有诱导溶剂超纯水的密封容器中；3)对密封容器加热、使其内部形成水热环境，衬底表面发生水热反应、形成氧化物薄膜。本发明通过在密封容器中添加诱导溶剂，高温高压下，诱导溶剂在密封容器内雾化，促进衬底表面的氧化物前驱体溶液发生水热反应，从而可以在较低的温度条件下制备晶型可控且粗糙度较小的氧化物薄膜，将其用于太阳能电池器件中作为电子传输层时，能够有效改善器件的光伏性能。

技术领域

本发明涉及太阳能电池器件，特别涉及用作电子传输层的氧化物薄膜的制备方法、包含该氧化物薄膜电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于钙钛矿半导体电池器件领域。

背景技术

能源的燃烧，这不仅导致了能源紧缺，还造成了严重的温室效应、酸雨、全球污染等严重环境问题。由于现代工业化的迅猛发展，预计到2050年，全球消耗的能源总量要比现如今的能源消耗量增加大约15亿瓦，未来社会的进步与发展深深依赖于清洁、廉价和丰富能源的获取。

钙钛矿太阳能电池由于其光电转换效率飞快的发展，被认为是近年来光伏领域最有前景的发明之一。PSCs光电转换效率从2009年的3.8％以来经历了几次重大突破，2014年，美国华裔科学家杨阳的团队通过对氧化铟锡(ITO)玻璃做改性处理来提高它的功函数并对作为电子传输层的TiO₂进行掺杂来改善电子的抽取和传输，获得了19.3％的效率；在最新的报道中，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已突破23％，并有望得到进一步发展。

纳米氧化钛材料的应用十分广泛，常作为电池原料，当被应用到锂离子电池中时，因其具有极好的高倍率性能、循环稳定性、快速充放电性能和较高的容量，不仅有效解决了锂离子负极材料的安全性问题，还增加了锂电池的稳定性，提高了其电化学性能，应用前景广阔；当其被应用到化学能太阳能电池中时，作为电子传输层材料，纳米氧化钛不仅表现出其优越的稳定性能，并且其成本低廉(其制作成本为硅基太阳能电池的1/5～1/10)，还大幅度提高了太阳能电池的能量转换效率。

常规的钙钛矿太阳能电池，其结构主体包括阴极、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层、阳极。其中除电子传输层外的其他层都可以在相对较低的温度条件下制备得到，以氧化钛薄膜电子传输层为例，现有常用的二氧化钛制备工艺需要在500～600℃下进行；因此，电子传输层制备所需的温度条件极大得影响了钙钛矿太阳能电池的工业化生产。

发明内容

发明目的：针对现有技术中电子传输层制备时需较高温度条件的问题，本发明提供一种用作电子传输层的氧化物薄膜的制备方法，可以在较低的温度条件下制备晶型可控且粗糙度较小的氧化物电子传输层材料；另外，本发明还提供一种包含该方法制备的氧化物薄膜电子传输层的钙钛矿太阳能电池、及该钙钛矿太阳能电池的制备方法。

技术方案：本发明所述的用作电子传输层的氧化物薄膜的制备方法，包括下述步骤：

1)配置氧化物前驱体溶液，搅拌均匀待用；

2)在衬底表面滴加氧化物前驱体溶液开始旋涂，旋涂结束后将衬底转移至含有诱导溶剂超纯水的密封容器中；密封容器优选高压反应釜，其外壳为不锈钢材料，内胆为聚四氟乙烯；

3)对密封容器加热、使其内部形成水热环境，衬底表面的氧化物前驱体溶液发生水热反应、形成氧化物薄膜。

电子传输层的作用是传输电子，上述制备的用作电子传输层的氧化物薄膜可为氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化锆中的一种或多种氧化物薄膜。