[发明专利]二氧化钛-氧化锌混合纳米颗粒电子传输层钙钛矿太阳电池制备

说明书

本发明公开了一种基于氧化锌和二氧化钛混合纳米颗粒电子传输层钙钛矿太阳电池制备工艺。解决了由于氧化锌层与钙钛矿层界面稳定性差而导致的钙钛矿被分解的问题，为氧化锌在钙钛矿太阳电池中的应用提供了一种简单的思路。本发明所述电子传输层的制备工艺如下：用低温水热法合成二氧化钛纳米颗粒和氧化锌纳米颗粒，分别分散在正丁醇溶液中，形成二氧化钛纳米颗粒的正丁醇溶液和氧化锌纳米颗粒的正丁醇溶液。然后取相同体积的(二氧化钛，0.04mol/l；氧化锌，0.05mol/l)二氧化钛溶液和氧化锌溶液混合。将混合前驱液滴加在ITO‑玻璃基底上，在3000rpm转速下旋涂40s，150℃条件下退火1h，形成厚度约为30nm的混合纳米颗粒电子传输层。本发明所述电子传输层能够在低温下制备，制备工艺简答，成本低廉，有利于应用在柔性钙钛矿太阳电池。

技术领域：本发明属于光伏技术领域，具体涉及一种钙钛矿太阳电池电子传输层的制备方法。

背景技术：

回顾太阳电池的发展历程，钙钛矿太阳电池在短短几年的时间里，从最初3.8％效率到如今高达 24.2％的效率，其灵活多样的器件制备过程以及较低的制备成本，使钙钛矿电池的研究成为了目前光伏领域的研究热点。钙钛矿太阳电池有两种常见的结构：介孔结构和平面异质结结构。无论是哪种器件结构，电子传输层都是重要的组成部分之一，其在电荷分离和输运过程中起着举足轻重的作用。氧化锌(ZnO) 作为一种直接带隙宽禁带半导体材料，具有可见光谱透射率高、电子迁移率高(205-300cm²V^-1s^-1)、纳米结构多样等优点，被认为是钙钛矿太阳电池电子传输层材料的理想选择，而基于ZnO电子传输层的钙钛矿太阳电池效率最高仅为20.7％，其中一个重要原因是ZnO/钙钛矿界面之间的化学稳定性差。研究表明，在高温环境下，用低温溶液法制备的ZnO纳米颗粒形成的电子传输层表面残留的羟基和乙酸配体会与钙钛矿中的CH3NH3⁺发生路易斯酸碱反应形成离子键，破坏钙钛矿的八面体结构，分解钙钛矿吸光层，影响电池效率。因此，需要研究合适的策略改进ZnO电子传输层和钙钛矿薄膜的界面稳定性问题。

发明内容：

本发明的目的：针对以上提出的问题，我们提出在ZnO纳米颗粒中掺入二氧化钛(TiO₂)纳米颗粒形成混合电子传输层。由于TiO₂纳米颗粒在溶剂中团聚尺寸小(4-8nm)，ZnO纳米颗粒在溶剂中团聚尺寸大(18-25nm)，则“小尺寸”TiO₂可以填充在“大尺寸”ZnO晶粒之间的间隙或者覆盖在ZnO颗粒表面。 TiO₂通过修饰ZnO纳米颗粒薄膜表面，减少其与钙钛矿薄膜的直接接触面积，提高界面稳定性。同时，也提高了薄膜的致密性。

本发明的技术方案：本发明提供了一种基于TiO₂-ZnO混合纳米颗粒电子传输层钙钛矿太阳电池制备方法，所述方法包括：(1)在铟锡氧化物(ITO)导电玻璃上制备TiO₂-ZnO混合纳米颗粒电子传输层；(2) 在充满氮气的手套箱中采用旋涂方法在所述电子传输层上旋涂制备钙钛矿吸光层；(3)在所述钙钛矿吸光层上沉积一层P型有机导电层；(4)在所述P型有机导电层上沉积金属电极层。所述ZnO-TiO₂混合纳米颗粒电子传输层薄膜中ZnO纳米颗粒和TiO2纳米颗粒均由低温水热法合成，溶剂均为正丁醇，ZnO纳米颗粒和TiO₂纳米颗粒浓度分别为0.04mol/l和0.05mol/l。所述ZnO-TiO₂混合纳米颗粒电子传输层薄膜由取相同体积TiO₂正丁醇溶液和ZnO正丁醇溶液混合后旋涂制备。

本发明的有益效果：TiO₂颗粒镶嵌在ZnO晶粒间隙和或覆盖在其表面，可以钝化ZnO电子传输层，提高了ZnO/钙钛矿层的界面稳定性，防止钙钛矿层被分解；在基本保持了纯ZnO纳米颗粒薄膜的良好电学性能同时，TiO₂和ZnO混合电子传输层具有较高的透光率，有利于钙钛矿层吸收光能；低温溶液法制备工艺简单，无需高温退火结晶，有利于应用在柔性钙钛矿太阳电池。

附图说明：