[发明专利]一种钙钛矿太阳能电池电子传输层及其能级调控和低温掺杂方法

说明书

本发明公开了一种钙钛矿太阳能电池电子传输层，将氧化物薄膜置于电解液中，在电场条件下进行电化学处理得到。本发明通过对基片薄膜进行电化学处理，能有效改善氧化物薄膜表面缺陷，调整薄膜能级结构，并实现对氧化物薄膜的选择性离子掺杂，从而提升氧化物电子传输层的电子光电性能，并进一步提升后续制备钙钛矿太阳能电池的光电转换效率；且涉及的制备方法较简、操作方便，无需传统退火改性步骤，可有效简化薄膜优化过程，实现低温下高性能薄膜的快速制备，为高性能、大尺寸钙钛矿太阳能电池的制备提供一条新思路。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池领域，具体涉及一种钙钛矿太阳能电池电子传输层及其能级调控和低温掺杂方法。

背景技术

能源技术的发展伴随人类社会的发展，能源危机的出现使得可再生能源、清洁能源成为人们广泛关注的对象。太阳能作为一种可再生清洁能源毫无疑问是研究的热点，其中光伏电池是目前对太阳能加以利用的最有效的方式之一，而钙钛矿电池作为其中的代表，以较高的光电转换效率被认为是未来能源发展的一项关键技术。

电子传输层作为钙钛矿太阳能电池结构中不可或缺的一部分，对其相关薄膜材料的选择和处理是关键的技术。氧化物薄膜因其各项优异的性能，备受研究者们的青睐；其中氧化锡薄膜透射率高，具有宽带隙(≈3.6-4.5eV)、合适的导带水平、高电子迁移率(≈421cm²·V^-1·s^-1)和载流子密度(10¹⁵cm^-3)以及优良的稳定性，可有效阻挡吸收体中的空穴，同时原料的低成本环保特性和低温可加工性使其适用于多种方式加工制备。目前达到最高光电转换效率记录的钙钛矿太阳能电池就是基于氧化锡电子传输层，因此氧化锡成为最有前途的用于钙钛矿太阳能电池的可加工电子传输层。

然而，现有的氧化锡电子传输层制备方法主要包括喷涂法、旋涂法、化学浴沉积法、刮涂法、溶胶-凝胶法等等，不同方法各有优缺点如需要高温退火、薄膜处理不均匀不致密、结晶性差、技术繁琐大面积制备困难且对环境具有一定的污染。因此，需要进一步探索高性能的低温处理钛矿电池氧化物电子传输层及其制备方法，具有重要的研究和应用意义。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术存在的问题和不足，提供一种钙钛矿太阳能电池电子传输层，所得氧化物薄膜在基片上分布均匀，结晶性良好，具有较高的稳定性，并可实现电子传输层薄膜组成、能级和掺杂效果的可控调节，可为高性能钙钛矿太阳能电池的制备提供一条新思路；且涉及的制备方法较简单、能耗较低、周期较短，适合推广应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种钙钛矿太阳能电池电子传输层，将金属氧化物薄膜置于电解液中，在电场条件下进行电化学处理得到。

上述方案中，所述金属氧化物薄膜为氧化锡薄膜，具体可选用传统方法制备得到的钙钛矿太阳能电池电子传输层氧化锡薄膜。

上述方案中，所述电解液采用的溶质为氯化钾、氟化钾、溴化钾、碘化钾、氯化钠、氯化锂、溴化钠、碘化钠、氯化镁、氯化铝、氯化锌、氯化铵、硫酸铵、氯化铯、硝酸铵、亚硫酸钠、亚硫酸钾、硫酸钠、硫酸钾、硫酸镁、硝酸钠、硝酸钾、硝酸镁、氯化钡、硝酸钡，醋酸钠、醋酸钾、乙醇钠、醋酸铵、溴化四丁基铵、甲基钠中的一种。

上述方案中，所述电场条件采用的电压为-3.0～5.0V(取值不为0)，电化学处理时间为5s～60min。

优选的，所述电场条件采用的电压为-1.5～3.0V(取值不为0)。

优选的，所述电场条件采用的负电压为-1.5～-0.5V；采用的正电压为1～2V。

更优选的，所述电场条件采用的负电压为-1.5～-0.75V。

优选的，所述电化学处理时间为0.1～3min。