[发明专利]一种氧化钨电子传输层、制备方法及其在钙钛矿太阳能电池中的应用

说明书

本发明公开了一种氧化钨电子传输层、制备方法及其在钙钛矿太阳能电池中的应用。本发明制备方法如下：（1）将钨酸溶解于双氧水中，搅拌得到乳白色的A溶液；（2）将A溶液加热反应得到透明的B溶液；（3）在B溶液中加入有机溶剂与蒸馏水，加热反应得到溶液C；（4）在C溶液中加入有机溶剂，加热反应得到无色透明溶胶D；（5）取溶胶D在导电玻璃基底上喷涂；（6）喷涂后的基底在加热台上加热，得到氧化钨电子传输层薄膜。本发明制备的电子传输层应用于可印刷钙钛矿太阳能电池中可得到850‑891mV的开路电压。本发明制备的电子传输层厚度可控，工艺简单，流程方便，可重复性强，能有效降低电池制作成本，便于技术推广。

技术领域

本发明涉及一种氧化钨电子传输层、制备方法及其在钙钛矿太阳能电池中的应用，属于无机纳米材料技术领域。

背景技术

从2009年诞生到2019年的短短十年间，基于有机金属卤化物光吸收剂的钙钛矿太阳能电池的认证效率从3.8%跃升至23.7%，引起了研究者的广泛关注。其中，可印刷钙钛矿太阳能电池舍弃了影响电池稳定性的空穴传输材料和金属电极，选取碳对电极取代诸如Pt、Au等贵金属，并用丝网印刷工艺制备对电极，大大降低了电池的制作成本，同时提高器件的稳定性，是最具有应用前景的电池器件之一。

氧化钨是一种典型的n型半导体过渡金属氧化物，是少数几种易于实现量子尺寸效应的半导体氧化物之一，纳米氧化钨较大的比表面积和对电磁波很高的吸收能力使它在太阳能吸收材料领域体现出重要的应用价值。同时，氧化钨具有良好的电子传输能力（10~20cm²V^-1s^-1）和化学稳定性，其导带位置介于二氧化钛与氧化锡之间，其能带结构与电子迁移率都符合钙钛矿太阳能电池的要求。纳米氧化钨薄膜的制备方法有多种，如水热法、电化学沉积法、喷雾热解法等方法。其中，水热法制备的氧化钨薄膜厚度可控性较差，不利于钙钛矿太阳能电池中所需较薄的电子传输层的要求。电化学沉积法制备所得的氧化钨薄膜与导电基质结合性不好，且所得薄膜均匀性不甚理想。而采用喷雾热解法制备纳米薄膜技术更能有效的控制薄膜厚度。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种氧化钨电子传输层、制备方法及其在钙钛矿太阳能电池中的应用。本发明采用钨酸作为钨源制备溶胶，经高温热解形成氧化钨薄膜，所得氧化钨薄膜，具有良好致密性、厚度可控，可用作钙钛矿太阳能电池中的电子传输层。

本发明目的通过下述方案实现。

本发明提供一种氧化钨电子传输层的制备方法，具体步骤如下：

（1）将2.4g~3g钨酸溶解于30~35mL双氧水中，搅拌得到乳白色的A溶液；

（2）将A溶液加热反应0.5~1小时得到透明的B溶液；

（3）在B溶液中加入30~35 mL有机溶剂与45~50mL蒸馏水，加热反应5~20分钟得到溶液C；

（4）在溶液C中加入150~200mL有机溶剂，加热反应40分钟~60分钟，得到无色透明溶胶D；

（5）取一定量的溶胶D在导电玻璃基底上喷涂10~20分钟，喷涂速度为2mL/min；

（6）喷涂后的基底在加热台上500℃加热，得到氧化钨电子传输层薄膜。

本发明中，步骤（2）、步骤（3）和步骤（4）中，加热温度为95~110℃。

本发明中，步骤（3）和步骤（4）中，有机溶剂选自无水乙醇或异丙醇或正丁醇中任一种。

本发明中，步骤（5）中，导电玻璃基底为FTO导电玻璃；取用溶胶D的体积为10~50mL，采用喷雾热解技术制备，喷涂速度为2mL/min。

本发明中，步骤（6）中，加热时间为20~40分钟。