[发明专利]基于有序SnO2

说明书

本发明涉及太阳能电池领域，具体而言，涉及一种基于有序SnO₂纳米棒阵列的无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法，包括导电基底、沉积于导电基底表面的SnO₂晶种层、生长在SnO₂晶种层表面的SnO₂纳米棒阵列、沉积于SnO₂纳米棒的间隙中和SnO₂纳米棒表面的无机钙钛矿层、沉积于无机钙钛矿层表面的空穴传输层、以及沉积于空穴传输层表面的Au电极层。本发明的无机钙钛矿太阳能电池，其具备电荷传输快、电荷提取效率高、光电转化效率高和器件稳定性好等优点。本发明的制备方法，其操作简便、成本低、适用范围广，制得的太阳能电池稳定且高效。

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，具体而言，涉及一种基于有序SnO₂纳米棒阵列的无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池由于具有较高的光电转化效率和较低的生产成本而被认为是可以取代单晶硅的新型太阳能电池。目前，有机—无机杂化钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已达到24％以上，但是由于其自身材料的湿、热稳定性问题限制了其商业使用化进程。因此，开发稳定、高效的无机钙钛矿电池成为人们研究的热点。

电子传输层(ETL)作为钙钛矿太阳能电池的重要组成部分，从电池结构上来讲，电子传输层与钙钛矿吸光层密切接触，前者的形貌直接影响着后者的结晶状态以及二者之间的界面性能；从功能上来讲，电子传输层的导带能级低于钙钛矿层的导带能级，其负责接收和传输来自钙钛矿层的光生电子，这与电池内部界面处的电子提取、电子收集以及载流子复合等过程密切相关。因此，电子传输层的材料类型以及形貌控制对于钙钛矿太阳能电池光伏性能来说至关重要。

目前，报道的钙钛矿太阳能电池多采用ZnO和TiO₂作为电子传输层材料，其电池效率达到较高水平，但是它们都存在各自的问题，如：ZnO自身的热稳定性和化学稳定性较差；而TiO₂的光照稳定性不好，并且在电池中存在严重的光电滞后现象。这些问题严重影响了钙钛矿太阳能电池的使用稳定性。而与上述材料相比，SnO₂具有高的电子迁移率，宽带隙，高透明性，化学稳定性和光照稳定性好等特性，而且不存在光电滞后现象，是钙钛矿太阳能电池用的电子传输层材料的理想选择。

除了材料类型之外，电子传输层的微观形貌是影响电池光电性能的另一重要因素。与常规的介孔和平面纳米晶相比，一维的纳米棒阵列优点突出：其一是，纳米棒阵列在长度方向上高度取向，具有较少的晶界，这能够有效抑制载流子在界面处的复合，从而有利于加速电荷传输。其二是，纳米棒阵列良好的光散射作用会增强钙钛矿吸光层对光的再次利用，提高太阳能电池的吸光性能。目前，已有Huang S.M.、Mullerbuschbaum P.和张文华等将制备的SnO₂纳米棒阵列用于钙钛矿太阳能电池中(对比文件：Electrochim.Acta,2018,283:1134、J.Power Sources,2018,402:460、专利CN108493346A),但是却普遍存在以下问题：SnO₂纳米棒阵列在追求棒长的同时其阵列密度和纳米棒间隙的控制较难，阵列密度过小导致相同面积的器件中纳米棒提供的与钙钛矿层接触的界面少，光生电子从钙钛矿层向纳米棒的抽提效果差；相反，阵列密度过大导致纳米棒之间的间隙过小，后续钙钛矿层对纳米棒阵列的渗透性及其二者之间的界面接触性差，造成光生电荷抽提困难。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种基于有序SnO₂纳米棒阵列的无机钙钛矿太阳能电池，其具备电荷传输快、电荷提取效率高、光电转化效率高和器件稳定性好等优点。

本发明的目的之二在于提供一种基于有序SnO₂纳米棒阵列的无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其操作简便、成本低、适用范围广，制得的太阳能电池稳定且高效。