[发明专利]一种双组分界面混合式电子传输层及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种双组分界面混合式电子传输层及其制备方法和应用，涉及新能源材料与器件领域。所述电子传输层由二氧化锡纳米晶和二氧化钛纳米晶组成，界面混合式结构是指非连续的二氧化锡纳米晶作为底层，其上覆盖一层二氧化钛纳米晶，二氧化锡纳米晶与二氧化钛纳米晶在导电基底与多孔层之间的界面上形成双组分混合相，这一界面混合相连同二氧化钛纳米晶多孔层共同组成电子传输层。本发明的电子传输层可以明显减少器件的内阻，提高电池填充因子，提升光电转换效率；减少电子被复合的概率；同时，电子传输层在受光后不易产生本征激发，进而不会对有机‑无机复合的钙钛矿吸光层产生光降级作用，可以进一步提升器件的长期稳定性。

技术领域

本发明属于新能源材料与器件技术领域，具体涉及一种双组分界面混合式电子传输层及其制备方法和应用。

背景技术

当前，太阳能电池的发展已经进入第三代，其中，有机-无机复合型太阳能电池的研究最为活跃，最具代表性的有染料敏化太阳能电池、量子点敏化太阳能电池以及钙钛矿太阳能电池。电子传输层是有机-无机复合型太阳能电池重要组成部分，其主要功能是负责将光生电子从光吸收层提取并转移至外电路。电子传输层对太阳能电池器件的光电转换效率以及稳定性都有十分重要的影响。钙钛矿电池(perovskite solar cells，简称PSCs)是近五年来出现的一种新兴光伏技术，目前已经在光电转换效率上取得了重大突破。但是，该类型电池仍面临一些重要问题亟待解决，光电性能也有进一步提升的空间。PSCs中的电子传输层当前存在的问题如下：(1)普遍采用二氧化钛作为电子传输层材料，但该材料导电性差，不利于光生电子的传输与收集；(2)当前介观结构PSCs中的电子传输层为双层结构，即致密二氧化钛层加介孔二氧化钛层，该双层结构设计尽管有利于阻挡空穴，但其造成了器件整体内阻的增加，限制了电池效率的进一步提升；(3)二氧化钛致密层厚度较大，不利于透光，限制了光电流密度的提升；(4)二氧化钛在受到紫外光激发下会产生光催化效应，容易造成钙钛矿吸光层的降解，不利于电池的长期稳定性。

针对PSCs电子传输层存在的问题，本领域的主要解决方案主要是减少二氧化钛致密层厚度或者用导电性较好的材料加以替代：(1)通过高真空物理沉积的方法制备二氧化钛致密层，包括热蒸镀、磁控溅射以及原子层沉积(ALD)，尽管这类方法制备出的致密层成膜质量较高、厚度小(一般不超过20纳米)、缺陷少，但是设备成本较高，不适合未来大面积化应用；(2)使用具有导电性优异的材料取代二氧化钛致密层，如氧化锌，但是，氧化锌化学稳定性差，在水汽的作用下容易与钙钛矿吸光层中的胺类物质发生化学反应，从而降低器件稳定性；(3)尽管二氧化锡也具有较高的载流子迁移率，但使用二氧化锡作为电子传输层中的致密层依然存在许多问题，其中，二氧化锡表面缺陷较多，容易造成光生电子的复合，进而降低器件的开路电压和电池性能。

发明内容

本发明的目的是解决PSCs传统双层电子传输层电阻大且不利于器件长期稳定性的问题。本发明通过进行电子传输层成分、结构设计，提供了一种二氧化锡、二氧化钛双组分界面混合式的电子传输层及其制备方法和应用。本发明提供的电子传输层可以明显减少器件的内阻，提高电池填充因子，提升光电转换效率；减少电子被复合的概率；同时，电子传输层在受光后不易产生本征激发，进而不会对有机-无机复合的钙钛矿吸光层产生光降级作用，可以进一步提升器件的长期稳定性。

本发明的一个目的是提供一种电子传输层，所述电子传输层位于导电基底上，所述电子传输层包括下述1)-2)中的至少一种：

1)所述电子传输层包括二氧化锡纳米晶颗粒和二氧化钛纳米晶颗粒，其中二氧化锡纳米晶颗粒以非连续的形式附着在导电基底上，命名为非连续的二氧化锡层；二氧化钛纳米晶颗粒构成多孔结构，命名为二氧化钛多孔层；二氧化钛多孔层覆盖在非连续的二氧化锡层和/或导电基底上；

2)所述电子传输层的制备方法包括：

将二氧化锡溶胶涂在导电基底上后进行烧结即得非连续的二氧化锡层；