[发明专利]一种基于氧化钨的钙钛矿电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种基于氧化钨电子传输层的钙钛矿电池的制备方法。本发明采用化学水浴沉积工艺制备氧化钨电子传输层，所用溶液为钨酸钠水溶液和硫酸二乙酯水溶液的混合溶液。将导电基板浸泡在混合溶液中一段时间后，可以在导电基板表面生长得到氧化钨电子传输层。本发明中的优势在于氧化钨制备过程在水溶液中进行，对环境无污染，并且该方法所需工艺简单，成本低廉，所制备薄膜均匀，适合大面积生产，并且同时适用于刚性和柔性基底，可达到制备大面积高效稳定钙钛矿电池的目的。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种基于氧化钨的钙钛矿电池及其制备方法。

背景技术

近几年，钙钛矿电池展现出其他太阳能电池无法比拟的迅猛发展速度，其光电转换效率在短短几年内迅速增长到23％以上，向人们展示出巨大的商业化前景。目前钙钛矿电池已成为光电转换材料与器件领域的研究前沿。钙钛矿电池主要由透明导电基板(FTO或ITO)、电子传输层(例如TiO₂)、有机-无机复合钙钛矿(ABX₃,A＝CH₃NH₃,NH₂CH＝NH₂,B＝Pb,Sn,X＝I,Br,Cl)、空穴传输层(例如spiro-OMeTAD)和背电极(例如金)组成。其基本原理是：钙钛矿材料受太阳光辐射，激发产生电子-空穴对，电子快速注入到电子传输层中，经其传输到导电基板，空穴由空穴传输材料收集，再传输到金属电极，如此构成电池。因此，电子的产生、分离和传输是钙钛矿电池中的三个基本物理过程。在钙钛矿电池中，电子传输层主要负责收集和传输钙钛矿产生的光生电子；防止空穴传输层或背电极与导电基板的接触从而有效抑制空穴和电子的复合。因此电子传输层的电学性质、电极/电子传输层/钙钛矿相关界面对钙钛矿电池的光电性能和长期稳定性具有重要影响。

合适的价带位置，优异的电子传输能力，稳定的物理化学性质是电子传输层需要满足的三个必要条件。目前电子传输层多采用无机n型半导体材料。例如氧化钛、氧化锡、氧化锌和氧化钨等。通常条件下制备电子传输层都需要高温退火来提高薄膜的结晶性，并除去前驱体中的有机成分进而提高电子传输能力。然而这种方法会增加了电池制备的时间和成本，同时限制钙钛矿电池在柔性塑料基底中的发展。所以开发低温电子传输层具有重要意义。

虽然在钙钛矿电池领域低温电子传输层的研究已经取得了一定的进展。然而在现阶段，制备电子传输层主要采用真空沉积工艺和溶液旋涂技术，真空制备过程需要昂贵复杂的仪器设备并消耗大量能量以维持真空条件。而溶液旋涂技术常用于实验室小规模制备，不适合制备大面积电池。因此，开发简单工艺制备电子传输层，优选易于低温制备，兼顾具有合适的价带、良好的稳定性和高电子传输能力的材料在钙钛矿电池研究中具有重要的意义。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足之处，本发明的目的是提供一种新型的制备氧化钨电子传输层的方法，并将应用于钙钛矿电池，克服现有电子传输层材料制备工艺复杂的缺点。

本发明的技术方案：

采用价格低廉的钨酸钠为钨源，以水为溶剂，采用简单的化学水浴沉积工艺在低温条件下得到覆盖度高、导电性良好的氧化钨半导体薄膜，该工艺过程温和，所需制备条件简单，大大的减少了电池的制备时间和能源消耗。

一种基于氧化钨的电子传输层的钙钛矿电池，由导电基板、氧化钨电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层以及背电极组成。

(1)制备氧化钨电子传输层：

①配制前驱体溶液A：称取一定量的钨酸钠，加入去离子水中，剧烈搅拌使其溶解，并保持溶液在一定温度T₁。

②配制前驱体溶液B：称取一定量的硫酸二乙酯或浓盐酸加入去离子水中，剧烈搅拌使其溶解，并保持溶液在一定温度T₁。