[发明专利]植酸二钾络合二氧化锡的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

一种植酸二钾络合二氧化锡的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，通过具有多个官能团的植酸二钾络合二氧化锡胶体溶液，获得电子性能优异的二氧化锡电子传输层，显著降低了二氧化锡电子传输层/钙钛矿层界面缺陷，提高了二氧化锡电子传输层的电子性能；通过植酸二钾中的钾离子促进了钙钛矿晶粒的面内生长，使钙钛矿的平均晶粒尺寸由350nm增大到900nm。故基于植酸二钾络合的二氧化锡作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率达到21.61％，将基于二氧化锡作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率的19.52％提高至10.7％，从而拓展钙钛矿太阳能电池的应用范围，促进柔性、清洁能源的可持续发展。

技术领域

本发明涉及钙钛矿太阳能电池的领域，具体涉及一种以植酸二钾络合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。

背景技术

太阳能兼具取之不尽、便于收集、绿色清洁的优势，使其成为最具开发潜力的新能源。太阳能电池将太阳能直接转换为电能，具有绿色环保、安全可靠等优点，是目前国内外研究的热点领域之一。目前，应用最广泛的硅基太阳能电池由于高成本和复杂工艺等原因制约其长期的发展。基于此，低成本、低能耗、原料丰富的新型的第三代太阳能电池得到研究者们的青睐。自2009年，有机-无机杂化的钙钛矿太阳能电池，在短短几年内，能量转换效率由最初的3.8％提升到25.5％，这主要归功于钙钛矿材料本身具有较高的光吸收率、双极性传输、较长的载流子寿命、可调的带隙等优点。

有机-无机杂化的钙钛矿太阳能电池由电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层以及对电极组成。作为钙钛矿太阳能电池的重要组成部分，电子传输层在光电子提取传输以及阻挡空穴方面起关键性的作用。目前，通常选用二氧化锡作为电子传输层，与二氧化钛电子传输层相比，二氧化锡电子传输层具有更宽的光学带隙(3.8eV),较高的电子迁移率，并且具有可低温制备等优点。然而，二氧化锡电子传输层与钙钛矿层界面缺陷以及能级不完全匹配导致电子性能较差，制约了二氧化锡基钙钛矿太阳能电池效率的进一步提升。为了降低二氧化锡电子传输层与钙钛矿层的界面缺陷，提高其电子性能，十分有必要对二氧化锡电子传输层进行修饰。使用络合性强的有机物对二氧化锡电子传输层修饰得到研究者们的广泛研究。其中，刘生忠课题组使用络合能力强的乙二胺四乙酸(EDTA)对二氧化锡进行修饰，获得21.60％的光电转换效率(见文献Dong Yang,Ruixia Yang,Kai Wang,Congcong Wu,Xuejie Zhu,Jiangshan Feng,Xiaodong Ren,Guojia Fang,Shashank Priya,Shengzhong(Frank)Liu,High efficiency planar-type perovskite solar cells with negligiblehysteresis using EDTA-complexed SnO₂,Nat.Comm,2018，9，3239)。然而，以上报道所使用的络合剂有一定的毒性会对环境造成污染，并且对二氧化锡/钙钛矿层界面缺陷的钝化效果有限。因此，迫切需要一种无毒且能有效粘附二氧化锡的络合剂来钝化二氧化锡/钙钛矿层的界面缺陷，获得高质量的二氧化锡电子传输层。

发明内容

为了克服现用技术中的有机络合剂有毒并且对界面缺陷的钝化效果有限的问题，本发明提出了一种以植酸二钾络合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。