[发明专利]一种基于柠檬酸/SnO2

说明书

本发明公开了一种基于柠檬酸/SnO₂电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法；该制备方法利用柠檬酸的羧基与锡离子的络合作用，通过高温反应形成聚酯化的络合物，将其作为钙钛矿太阳能电池的电子传输层材料，相较于以往的SnO₂电子传输层，平整的衬底表面，有利于钙钛矿薄膜结晶质量的提升，减少了水汽从晶界处进入，最终使其展现出良好的空气稳定性。有效地提升了SnO₂的电子提取速率，抑制了载流子在界面处堆积及复合损失，改善了器件的串并联电阻，并最终获得最高19.52％的光电转化效率。其低廉的成本、优异的光电性能及器件效率将有助于推动钙钛矿太阳电池走向商业应用。

【技术领域】

本发明属于太阳能光伏技术领域，具体涉及一种基于柠檬酸/SnO₂电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

【背景技术】

钙钛矿具有高消光系数、高载流子迁移率、低激子结合能以及易溶液法制备等诸多优点，近年来受到研究人员的广泛关注，目前的钙钛矿太阳能电池的认证效率不断升高，最高已达23.3％。在钙钛矿电池器件中，电子传输层介于钙钛矿吸收层与电极材料之间，在载流子的分离提取及阻挡空穴向阴极方向移动方面起到重要的作用。通过选取新型高效的电子传输层材料，平衡器件对电子空穴的提取速率，降低界面处电荷堆积所引发的载流子非辐射复合，从而极大程度地改善器件的迟滞效应。同时，高效的电子传输层还能有效地抑制钙钛矿在降解过程中的电荷迁移，提升器件整体的稳定性。

目前，针对常用的电子传输层材料：致密型的二氧化钛(TiO₂)、二氧化锡 (SnO₂)，易于低温制备，但效率往往低于介孔结构器件，且迟滞现象严重；介孔型的TiO₂等材料，制备温度较高、工艺过程较为复杂，不利于大规模及柔性化生产；PCBM等富勒烯及其衍生物材料，价格昂贵，且较高的价带位置难以起到空穴阻挡层的作用。其中，针对应用广泛的SnO₂电子传输层，传统的SnO₂胶体溶液旋涂制备的SnO₂薄膜，表面会不可避免地出现SnO₂胶体的团聚现象，这会严重影响SnO₂在FTO衬底表面的铺展均匀性，产生漏电流。同时，SnO₂表面过多的缺陷会在光生电子注入SnO₂过程中，产生大量的电荷堆积，从而造成严重的界面复合损耗，影响器件性能。

因此，制备一种工艺简单、均匀性好、电导率及能级匹配度高的SnO₂基电子传输层材料，目前仍是实现高效稳定钙钛矿太阳能电池制备的重要课题之一。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于柠檬酸/SnO₂电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，该电池将形成的柠檬酸/SnO₂络合物作为钙钛矿太阳能电池的电子传输层材料，有效地提升了SnO₂的电荷提取速率，提高了电池器件的光电转化效率。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于柠檬酸/SnO₂电子传输层的钙钛矿太阳能电池，该太阳能电池的结构从下至上依次为FTO玻璃衬底、柠檬酸/SnO₂电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和电极；其中，柠檬酸/SnO₂电子传输层为柠檬酸和SnO₂的聚酯化络合物。

一种基于柠檬酸/SnO₂电子传输层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

S1、清洗并干燥FTO玻璃基底，作为FTO玻璃衬底备用；