[发明专利]基于氧化锡纳米棒阵列的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于氧化锡纳米棒阵列的钙钛矿太阳能电池，包括自下而上依次分布的FTO导电基底、氧化锡纳米棒阵列，钙钛矿吸收层、空穴传输层和金属电极层。本发明还提供了一种基于氧化锡纳米棒阵列的钙钛矿太阳能电池的制备方法。本发明中氧化锡材料化学性能稳定，自身对钙钛矿材料不会造成分解作用，其二氧化锡材料本身具有比氧化钛和氧化锌更加优异的电子传输性能，有利于电子的抽取以及提高钙钛矿电池的性能。目前基于本发明的钙钛矿电池获得了比其他阵列结构材料更加优异的光电转化性能。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种基于氧化锡纳米棒阵列的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池是近几年兴起的一类非常具有前景的太阳能电池，其具有光电转换效率高、成本低、制作简单等突出优点。因此，这类太阳能电池相关材料和器件工艺的研究成为最近国内外研究的前沿和热点。目前提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率的主要技术手段，一是调整钙钛矿电池的材料成分，研发性能更加优良的物质替代原类型的空穴传输层、钙钛矿吸收层或电子传输层；二是优化结构或调控钙钛矿电池各层的形貌来优化界面性能。这些措施使得钙钛矿太阳能电池的光电转化效率(即PCE)在7年的时间内从3.8％迅速提高22.1％。

钙钛矿太阳能电池的种类按结构划分可分为平面结构电池和介孔结构电池，平面结构根据底层电子传输层的类型不同又可分为n-i-p结构(正型)和p-i-n结构(反型)。P-i-n反型平面结构的电池通常没有滞后效应，所谓滞后效应即在I-V特性测试过程中正测(从J_sc扫到V_oc)与反测(从V_oc扫到J_sc)有区别。常规正型n-i-p结构通常采用TiO₂作为电子传输层，这种类型的器件反测效率很高，但正测效率比反测效率低很多，因滞后效应往往导致难以获得准确可靠的电池转换效率(即PCE)。产生这种滞后效应的原因可能是钙钛矿吸收层的离子迁移，或者钙钛矿吸收层与电子传输层之间电学接触不好，存在势垒，从而产生电荷聚集，加剧滞后。

因此，改善钙钛矿吸收层和电子传输层的电学接触显得尤为重要。氧化锡带隙为3.6eV，导带能级可达＞4.3eV，其导带比TiO₂更低，与钙钛矿匹配时，更有利于电荷的转移；而且氧化锡的迁移率比TiO₂高很多，因此，能够极大地消除电池的滞后，同时也说明氧化锡比氧化钛更适合做高效太阳能电池的电子传输层。

目前基于将纳米棒阵列应用于钙钛矿太阳能电池的材料主要有氧化钛纳米棒阵列，氧化锌纳米棒阵列；但是目前基于上述两种纳米棒阵列的钙钛矿太阳能电池的电池效率偏低，其次基于氧化锌材料由于氧化锌本身的化学活性高，对钙钛矿材料造成严重的降解，从而严重影响钙钛矿电池的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于将氧化锡纳米棒材料应用于钙钛矿太阳能电池中，并获得优异的光电性能。氧化锡材料良好的化学稳定性和优异的电子传输性能，大大提高基于纳米棒阵列结构的钙钛矿电池的光电转化性能。

本发明是这样实现的：

一种基于氧化锡纳米棒阵列的钙钛矿太阳能电池，包括自下而上依次分布的FTO导电基底、氧化锡纳米棒阵列，钙钛矿吸收层、空穴传输层和金属电极层。

更进一步的方案是：

所述FTO导电基底的厚度为300～500nm，氧化锡纳米棒的厚度为20～200nm，钙钛矿吸收层的厚度为400～800nm，空穴传输层的厚度为100～200nm，金属电极层的厚度为100～150nm。

FTO导电基底用于将氧化锡纳米棒阵列的电子输出到太阳能电池外部；氧化锡纳米棒阵列用于传输钙钛矿吸收层的电子到FTO导电基底；钙钛矿吸收层用于吸收太阳光能量失去电子形成空穴；空穴传输层用于将来自金属电极层的电子和空穴进行复合；金属电极层用于接收太阳能电池外输入的电子。

更进一步的方案是：