一种高效钙钛矿太阳能电池的电子传输层的制备方法

本发明属于光伏器件制备工艺，具体为一种高效钙钛矿太阳能电池的电子传输层的制备方法。

背景技术：

1、人钙钛矿太阳能电池发展至今，效率不断攀升。电子传输层作为钙钛矿电池器件的重要组成部分，起着传输电子载流子的作用。电子传输层材料，通常是具有较高的光谱吸收系数、较大的介电常数和较小的激子束缚能的半导体材料，可以避免电荷积累对器件寿命的影响，可有效地起到传输电子并阻挡空穴的作用。获得优异的电子传输层材料，对于提高钙钛矿太阳能电池器件的效率至关重要。

2、目前，基于二氧化锡作为电子传输层的平面n-i-p结构钙钛矿太阳能电池获得了25.7％的认证效率，但选择二氧化锡作为电子传输层，仍存在诸多问题限制着钙钛矿太阳能电池器件性能的提升。一方面，低温工艺制备的二氧化锡，不可避免地在制备过程中引入较多数量的缺陷，这些缺陷在电子传输过程中，会成为非辐射复合中心，造成器件性能下降；另一方面，二氧化锡的电导性以及其与钙钛矿层之间的能级匹配问题，也影响着载流子的抽取和传输，进而影响器件的光电性能和稳定性。而为了解决这些问题，许多围绕二氧化锡的优化措施被开发，如界面修饰、添加剂工程、掺杂工程。虽然当前这些优化措施也获得了良好的效果，但仍然存在一些问题。例如，进行界面修饰，通常会采用一些有机分子对二氧化锡和钙钛矿界面进行修饰，而这些有机分子可能会在界面处累积，并随着时间推移而诱发新的界面问题；另外，围绕二氧化锡进行掺杂改性的，那些掺杂离子有可能会脱离二氧化锡晶格，并扩散到钙钛矿层中。这些掺杂离子对于钙钛矿层的影响目前是未知的。另外，当前有一些针对二氧化锡的优化措施，虽然对于有机钙钛矿太阳能电池器件的效率提升有帮助，但并非所有的措施都适用于无机钙钛矿太阳能电池。

3、鉴于此，本发明试图通过一种适用有机或无机钙钛矿太阳电池的电子传输层的制备方法以制备高性能钙钛矿太阳能电池。

技术实现思路

1、针对上述情况，为弥补上述现有缺陷，本发明提供了一种高效钙钛矿太阳能电池的电子传输层的制备方法。

2、本发明提供如下的技术方案：本发明提出了一种高效钙钛矿太阳能电池的电子传输层的制备方法，具体包括以下步骤：

3、a.将铁酸铋纳米颗粒(bifeo3)超声分散到乙二醇甲醚溶液中，配成一定浓度的分散液；

4、b.将购买的二氧化锡胶体初始溶液，配成一定浓度的溶液；

5、c.将上述步骤a和b的溶液，按一定体积比混合形成二氧化锡-铁酸铋溶液，搅拌后待用；

6、d.将氧化铟锡(ito)导电玻璃清洗干净并经臭氧处理，臭氧处理的方式为采用紫外灯照射表面30min，在其表面旋涂二氧化锡-铁酸铋溶液，形成一层电子传输层；

7、e.在步骤d得到的二氧化锡-铁酸铋表面旋涂钙钛矿前驱体溶液，形成一层钙钛矿层；

8、f.在步骤e得到二氧化锡-铁酸铋/钙钛矿层表面旋涂2,2’,7,7’-四[n,n-二(4-甲氧基苯基氨基]-9,9’-螺二芴(spiro-ometad)，形成一层空穴传输层；

9、g.在步骤f得到的二氧化锡-铁酸铋/钙钛矿/空穴传输层表面蒸镀电极。

10、进一步地，所述步骤a的铁酸铋纳米颗粒尺寸为10-30nm。

11、进一步地，所述步骤a的分散液浓度为10-30mg/ml。

12、进一步地，所述步骤b的溶液浓度为质量分数1-15％。

13、进一步地，所述步骤c的混合溶中步骤a的分散液与步骤b的溶液的体积比为1：10。

14、进一步地，所述步骤d的旋涂转速为1000-8000rpm。

15、进一步地，所述步骤e的钙钛矿前驱体溶液浓度为0.5-1.5mol/l，钙钛矿前驱体为铯铅三碘(cspbi3)、铯铅三碘溴(cspbi3-xbrx,其中0≤x≤2)、铯铅锡三碘(cspb1-xsnxi3,其中0≤x≤1)、甲铵铅三碘(mapbi3)、甲脒铅三碘(fapbi3)、甲铵甲脒铯混合铅碘溴(csy(fa1-xmax)ypbi3-xbrx，其中0≤x≤1，0≤y≤0.2)中的一种。

16、进一步地，所述步骤e的钙钛矿层可以是单独的钙钛矿层或者钙钛矿层加一层钝化层。

17、进一步地，所述步骤f的空穴传输层可以是单独的空穴传输层或者空穴传输层加一层阻挡层。

18、进一步地，所述步骤g的电极为金属银、金，所述电极厚度为80-100nm。

19、采用上述结构本发明一种高效钙钛矿太阳能电池的电子传输层的制备方法，通过使用铁酸铋纳米颗粒添加到二氧化锡和钙钛矿之间作为界面优化层或者添加到钙钛矿层中以制备高性能钙钛矿太阳能电池，取得的有益效果如下：本发明采用铁酸铋纳米颗粒对二氧化锡电子传输层进行改性，铁酸铋纳米颗粒和二氧化锡之间形成异质结结构，该结构产生额外的异质结电场，增加电子从钙钛矿向电子传输层之间，以及增加电子从电子传输层向电极之间的传输能力。通过调整铁酸铋的加入量，制备性能优异的电子传输层，从而制备高效率钙钛矿太阳能电池器件。基于该方法制备的电子传输层，其电池器件较对比器件的效率提升明显且稳定性好。因此，该方法为制备高性能钙钛矿太阳能电池提供了一种有效策略。

技术特征：

1.一种高效钙钛矿太阳能电池的电子传输层的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高效钙钛矿太阳能电池的电子传输层的制备方法，其特征在于，所述步骤a的铁酸铋纳米颗粒尺寸为10-30nm。

3.根据权利要求1所述的一种高效钙钛矿太阳能电池的电子传输层的制备方法，其特征在于，所述步骤a的分散液浓度为10-30mg/ml。

4.根据权利要求1所述的一种高效钙钛矿太阳能电池的电子传输层的制备方法，其特征在于，所述步骤b的溶液浓度为质量分数1-15％。

5.根据权利要求1所述的一种高效钙钛矿太阳能电池的电子传输层的制备方法，其特征在于，所述步骤c的混合溶中步骤a的分散液与步骤b的溶液的体积比为1：10。

6.根据权利要求1所述的一种高效钙钛矿太阳能电池的电子传输层的制备方法，其特征在于，所述步骤d的旋涂转速为1000-8000rpm。

7.根据权利要求1所述的一种高效钙钛矿太阳能电池的电子传输层的制备方法，其特征在于，所述步骤e的钙钛矿前驱体溶液浓度为0.5-1.5mol/l，所述钙钛矿前驱体为铯铅三碘、铯铅三碘溴、铯铅锡三碘、甲铵铅三碘、甲脒铅三碘、甲铵甲脒铯混合铅碘溴中的一种；所述铯铅三碘的化学式为cspbi3，所述铯铅三碘溴的化学式为cspbi3-xbrx，其中0≤x≤2，所述铯铅锡三碘的化学式为cspb1-xsnxi3，其中0≤x≤1，所述甲铵铅三碘的化学式为mapbi3，所述甲脒铅三碘的化学式为fapbi3，所述甲铵甲脒铯混合铅碘溴的化学式为csy(fa1-xmax)ypbi3-xbrx，其中0≤x≤1，0≤y≤0.2。

8.根据权利要求7所述的一种高效钙钛矿太阳能电池的电子传输层的制备方法，其特征在于，所述步骤e的钙钛矿层可以是单独的钙钛矿层或者钙钛矿层加一层钝化层。

9.根据权利要求1所述的一种高效钙钛矿太阳能电池的电子传输层的制备方法，其特征在于，所述步骤f的空穴传输层可以是单独的空穴传输层或者空穴传输层加一层阻挡层。

10.根据权利要求1所述的一种高效钙钛矿太阳能电池的电子传输层的制备方法，其特征在于，所述步骤g的电极为金属银、金，所述电极厚度为80-100nm。

技术总结
本发明公开了一种高效钙钛矿太阳能电池的电子传输层的制备方法，具体包括以下步骤：a.将铁酸铋纳米颗粒分散到乙二醇甲醚溶液中；b.将二氧化锡胶体初始溶液稀释；c.将上述步骤a和b的溶液，混合形成二氧化锡‑铁酸铋溶液；d.将氧化铟锡导电玻璃清洗干净并经臭氧处理，在其表面旋涂二氧化锡‑铁酸铋溶液；e.在步骤d得到的二氧化锡‑铁酸铋表面旋涂钙钛矿前驱体溶液；f.在步骤e得到二氧化锡‑铁酸铋/钙钛矿层表面旋涂Spiro‑OMeTAD；g.在步骤f得到的二氧化锡‑铁酸铋/钙钛矿/空穴传输层表面蒸镀电极。本发明属于光伏器件制备工艺技术领域，具体提供了一种高效钙钛矿太阳能电池的电子传输层的制备方法。

技术研发人员：邹以慧,崔灿
受保护的技术使用者：浙江理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16