[发明专利]一种用于钙钛矿太阳能电池电子传输层的质子化胺硅烷偶联剂

说明书

以质子化胺硅烷偶联剂修饰二氧化锡电子传输层与钙钛矿的界面，获得了高电子迁移率，良好的能级匹配，增加了SnO₂电子传输层的亲和度，并且钝化界面的缺陷。相比于未处理SnO₂薄膜，经质子化胺硅烷偶联的SnO₂薄膜更适合用作钙钛矿太阳能电池的电子传输层。本发明的特征在于：通过在不同稀释倍数的盐酸里浸泡以及在同一浓度的盐酸浸泡不同的时间来获得质子化胺硅烷偶联SnO₂薄膜的方法，制备出了光电转化效率高的钙钛矿太阳能电池。

【技术领域】

本发明属于钙钛矿电子传输层在光伏技术中的应用领域，具体涉及钙钛矿电池电子传输层的制备方法。

【背景技术】

钙钛矿太阳能电池因其优异的光吸收能力，相对较长的电荷载流子扩散长度，可调带隙和制作成本低廉等优点，一直是国内外研究者研究的热点。有机杂化钙钛矿太阳能电池主要围绕着电子传输层和空穴传输层而展开。

钙钛矿太阳能电池通常由透明导电电极、空穴和电子传输层、钙钛矿吸光层以及背电极等几部分组成。电子传输层的材料一般包括有机材料和无机材料。有机材料有PCBM、C₆₀等。有机材料自身载流子迁移率相对较低、制备工艺复杂、成本高。将其应用于电池中还会带来器件稳定性差、寿命短等负面影响，严重限制钙钛矿太阳能电池的发展。相比而言，无机材料因具备电子迁移率高、制备工艺简单、成本低以及器件稳定性好、寿命长和光电转化率高而逐渐引起了研究者的关注。无机材料一般有TiO₂、ZnO和SnO₂等。相比TiO₂和ZnO，SnO₂具备更高的电子迁移率，更低的导带能级，是一种具有前景的钙钛矿太阳能电池电子传输层材料。

目前报道的单层SnO₂存在界面电荷复合严重、电池寿命短等缺陷。开发一种电子收集层表面修饰剂用以抑制SnO₂界面复合对提升钙钛矿电池效率具有重要意义。

【发明内容】

本发明采用一种质子化胺硅烷偶联剂(APTES-Cl)处理SnO₂薄膜实现表面钝化，达到了提高钙钛矿电池光电转换效率的效果。将ITO玻璃负载SnO₂薄膜于3mM 3-氨基丙基三乙氧基硅烷异丙醇溶液浸泡3小时，然后在稀释的盐酸的溶液里浸泡，通过硅烷偶联在SnO₂表面形成氯化铵盐，钝化SnO₂表面。利用该方法处理的SnO₂电子传输层形貌均一，光滑，无针孔，获得了更高的光电转换。

本发明的技术方案：

(1)将ITO玻璃裁成15mm×20mm大小，并将其中4mm×20mm用锌粉和2M稀盐酸进行刻蚀，等待5分钟后，清水冲洗干净。用无尘布或者棉花加洗洁精清洗玻璃表面。将小块ITO玻璃依次放入玻璃清洗架清洗，分别加入去离子水、丙酮、无水乙醇超声清洗20分钟，将洗干净的ITO导电玻璃贴上胶带紫外臭氧30分钟。配SnO₂水分散溶液，用之前进行过滤。在匀胶机上以转速3000rpm旋涂已配好的SnO₂水分散溶液20s，随之放在加热板上180℃退火30min，等冷却至室温。随后将基底旋涂SnO₂浸泡在3mM的3-氨基丙基三乙氧基硅烷异丙醇溶液中，浸泡3小时增加硅烷单分子层。然后再用异丙醇溶剂冲洗表面剩余物。最后将浓盐酸稀释成10倍，50倍和100倍，浸泡1min。用异丙醇冲洗并用N₂流动吹干。