[发明专利]介孔电子传输层的制备方法、钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种介孔电子传输层的制备方法、钙钛矿太阳能电池及其制备方法，所述介孔电子传输层的制备方法包括以下步骤：配置涂膜前驱体溶液A，所述前驱体溶液A含有电子传输材料和造孔剂，所述电子传输材料为二氧化锡；采用溶液涂膜工艺将所述前驱体溶液A涂在导电基板上；对涂膜后的导电基板进行退火处理，所述退火处理的温度为140～220℃，时间大于等于15min；对退火后的导电基板进行紫外线照射处理，处理的时间大于等于30min。所述钙钛矿太阳能电池包括上述制备方法制备的介孔电子传输层。本发明的介孔电子传输层的制备方法，能够大幅减少介孔薄膜制备的周期和成本，提高介孔电子传输层的质量，提高将其应用于钙钛矿太阳能电池中的转化效率。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种介孔电子传输层的制备方法、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(PSC)主体结构包括电子传输层、光吸收层以及空穴传输层。其中电子传输层具有提取电子和阻隔空穴的作用，电子传输层对电子的提取能力越强电池性能越好。主流的电子传输层材料用的是二氧化钛(TiO₂)和二氧化锡(SnO₂)。根据电子传输层结构，钙钛矿太阳能电池又分为两种主要的类型：平面架构和介孔架构：平面架构是指作为基底的电子传输层(或空穴传输层)是一层平整的薄膜；介孔架构是指作为基底的电子传输层(或空穴传输层)含有一层多孔状(介孔)的薄膜。介孔架构相较于平面架构有散光效果好(增加光程增强吸收)、电子传输层与光吸收层的接触面积大(利于电子的抽取和传输)等优势，但是同时由于界面粗糙度显著增大而容易造成界面或光吸收层内缺陷的增多。

目前占绝对主流的两大电子传输层材料中(TiO₂和SnO₂)，应用于介孔架构PSC的主要是TiO₂，这是因为介孔TiO₂的制备工艺成熟，其界面修饰工艺也得到较好的发展。但是介孔TiO₂层存在电子迁移率较低、光稳定性不足等问题，主要是因为介孔TiO₂材料有很强的光敏特性(紫外线照射下有很强的化学活性，广泛应用于光催化领域)，紫外线激发TiO₂的光催化性质使得PSC中钙钛矿吸收层的有机成分发生降解，从而使PSC的性能发生急剧下降。而且介孔TiO₂材料表面活性高、面积大，在紫外线长期照射条件下界面很容易产生大量的缺陷，从而大幅降低PSC的性能。

与TiO₂相比，SnO₂有更高的电子迁移率和更深的导带，增加了对电子的提取能力，同时具有接近4.0eV的带隙，拥有更宽带隙的SnO₂会吸收更少的紫外光，从而光敏性大大降低，相较于TiO₂器件有更好的稳定性。但是目前在PSC中应用最多的是平面架构SnO₂(p-SnO₂)，这是因为虽然文献报道证实介孔架构SnO₂(m-SnO₂)具有更好的稳定性，然而一般文献报到的m-SnO₂制备工艺在制备过程中m-SnO₂层需要经历高温过程(介孔TiO₂同样需要高温过程来去除造孔剂)，而高温工艺容易在m-SnO₂层中产生氧空位缺陷，同时容易造成基底上的透明导电氧化物薄膜中的杂质往m-SnO₂层中扩散，造成m-SnO₂层性能的显著降低，不能有效阻隔空穴并给钙钛矿光吸收层带来缺陷。这就使得到目前为止使用介孔架构SnO₂(m-SnO₂)的钙钛矿太阳能电池效率较低，目前文献报到的效率不超过18％。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种介孔电子传输层的制备方法、钙钛矿太阳能电池及其制备方法，通过应用低温及紫外线处理方式，减少介孔电子传输层制备的周期和成本，提高介孔电子传输层的质量，提高将其应用于钙钛矿太阳能电池中电池的转化效率。

本发明的技术方案如下：