[发明专利]一种以V-二氧化锡作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本申请公开了一种以V‑SnO₂作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，所述太阳能电池的制备过程如下：（1）在洁净ITO电极上沉积V‑SnO₂电子传输层；（2）在V‑SnO₂电子传输层上沉积KI界面修饰层；（3）将F127共聚物引入到(MAFA)CsPbIBr体系中；（4）在KI界面修饰层上沉积(MAFA)CsPbIBr光敏层；（5）在光敏层上沉积Spiro‑OMeTAD空穴传输层；（6）在Spiro‑OMeTAD空穴传输层上蒸镀Au对电极。该方法所制备太阳能电池平均光电转换效率已达22.72%，通过优化器件制备工艺，最高光电转换效率已超过22.85%，且呈现出良好的光照稳定性。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种以V-SnO₂作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

太阳能电池是大规模利用太阳能转化为电能的重要技术基础，发展太阳能电池是缓解经济发展与能源及环境之间矛盾的“绿色”新技术，其中，晶硅太阳能电池在转换效率和制备成本等方面均取得了显著进展，并已占据了绝大部分应用市场。目前，太阳能电池研究呈现出以下几个新方向：1.开发与晶硅电池匹配的顶电池或底电池，构建理论效率超过33%的叠层电池；2.开发柔性、轻质、多彩等新型电池，实现与晶硅电池互补，满足不同市场应用需求；3.探索新的光敏材料(简单、无毒、低成本、高丰度等)、制备新型太阳能电池。对于光伏领域研究新热点，有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池在器件性能方面取得了显著提升，且已超过半导体化合物太阳能电池最高效率(如CdTe、CuInGaSn等)。钙钛矿材料具有简单、廉价、溶液可加工特性，表明该薄膜太阳能电池技术可替代现有光伏技术、实现低成本开发。近年来，钙钛矿太阳能电池在基本结构、工作原理、组分取代、形貌优化、结晶改善、界面钝化、电子/空穴传输层、全无机钙钛矿、无铅/少铅钙钛矿以及商业化探索等方面均取得了突破性进展，其光电转换效率已从3.8%快速提升到25.2%，这些成果为深入研究钙钛矿太阳能电池、促进其商业化奠定了良好的实验和理论基础。

然而，现有钙钛矿太阳能电池多基于介孔TiO₂和纳米SnO₂为电子传输层，非掺杂TiO₂和非掺杂SnO₂载流子浓度较低、电子传输特性较差，严重影响了钙钛矿太阳能电池性能。通过低温溶液法制备V-SnO₂新型电子传输层材料，可提高载流子浓度、改善电子传输特性，促进光生电荷高效萃取；将F127引入钙钛矿体系，钝化晶粒边界缺陷、提高钙钛矿太阳能电池性能；此外，可实现太阳能电池规模化生产，促进钙钛矿太阳能电池快速商业化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以V-SnO₂作为电子传输层制备钙钛矿太阳能电池及其性能优化方法，该方法制备简单、原料储备丰富、应用范围广，基于全低温溶液过程、可规模化制备，安全环保。不但可以提高载流子浓度、改善电子传输特性、钝化晶粒边界缺陷、优化钙钛矿太阳能电池性能，还可以探索钙钛矿太阳能电池规模化生产，为钙钛矿太阳能电池快速商业化探索实验条件和关键技术。

基于上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种以V-SnO₂为电子传输层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤(电子传输层在空气环境下完成，其余制备过程均在手套箱中完成)：

（1）在洁净ITO电极上沉积V-SnO₂电子传输层，具体过程为：将V-SnO₂水分散溶液用去离子水稀释，用氨水调节pH值为9-10，采用旋涂法将V-SnO₂水分散溶液沉积在洁净ITO电极上，退火处理，即可得到V-SnO₂电子传输层；

（2）在V-SnO₂电子传输层上沉积KI界面修饰层；