[发明专利]电子传输层涂布墨水及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了电子传输层涂布墨水及其制备方法和应用。该电子传输层涂布墨水包括：电子传输材料、卤化物添加剂和溶剂；其中，所述电子传输材料包括富勒烯材料和金属氧化物纳米材料。该电子传输层涂布墨水的电子传输性能好、稳定性高、成本低廉，且可以在反式钙钛矿太阳能电池中的钙钛矿薄膜表面实现大面积涂布。

技术领域

本发明涉及钙钛矿太阳能电池领域，具体而言，本发明涉及电子传输层涂布墨水及其制备方法和应用。

背景技术

钙钛矿太阳能电池是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的新型太阳能电池。过去十年，钙钛矿电池的研究迅猛发展，其电池光电转换效率目前已达到25.5％。相比晶体硅电池，钙钛矿电池的效率上限更高，制造成本更低廉，是更具有发展前景的新一代太阳能电池。

钙钛矿电池的器件结构分为正式结构和反式结构。正式结构由下到上由导电玻璃、电子传输层、钙钛矿薄膜、空穴传输层和背电极组成。反式结构中传输层材料的位置则与正式结构相反，首先在导电玻璃上沉积空穴传输层，然后在钙钛矿薄膜上沉积电子传输层。目前在钙钛矿电池的产业化进程中，稳定性是亟待解决的首要问题。除了提升钙钛矿吸光层本身的稳定性，选择合适的传输层材料，来实现更好的稳定性以及低廉可靠的大面积制备工艺，也是实现钙钛矿太阳能电池产业化的关键问题之一。

无机金属氧化物半导体材料具有优异的电荷传输性能和稳定性，被越来越多地应用于钙钛矿电池中。如正式结构钙钛矿电池中的TiO₂、ZnO、Nb₂O₅及SnO₂，反式结构钙钛矿电池中的NiOx等。但是这类无机金属氧化物传输层，大多制备在钙钛矿器件中的底层，如何在钙钛矿薄膜上面制备顶层无机金属氧化物传输层，是目前的一个技术难点。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出电子传输层涂布墨水及其制备方法和应用。该电子传输层涂布墨水的电子传输性能好、稳定性高、成本低廉，且可以在反式钙钛矿太阳能电池中的钙钛矿薄膜表面实现大面积涂布。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种电子传输层涂布墨水。根据本发明的实施例，该电子传输层涂布墨水包括：电子传输材料、卤化物添加剂和溶剂；其中，所述电子传输材料包括富勒烯材料和金属氧化物纳米材料。

发明人在研究中发现，现有的反式结构钙钛矿太阳能电池的电子传输层，大多采用旋涂PCBM或者热蒸镀富勒烯C₆₀制备。PCBM有机半导体材料价格昂贵，热蒸镀C₆₀工艺的原材料利用率低，都无法实现真正的产业化生产，并且采用PCBM或C₆₀作为电子传输层，还需要在C₆₀或PCBM与金属背电极之间制备一层LiF或浴铜灵的中间层，来使得金属背电极和C₆₀或PCBM的功函更为匹配，这也使得器件制备工艺更为复杂。

根据本发明上述实施例的电子传输层涂布墨水，采用富勒烯材料和金属氧化物纳米材料复合作为电子传输材料，不使用价格昂贵的PCBM有机半导体材料，且降低了富勒烯的使用量，从而显著降低了材料成本。同时，金属氧化物半导体电子传输性能好、稳定性高，可以显著提高器件的长期稳定性，且金属氧化物半导体和金属背电极功函更为匹配，不需要LiF、浴铜灵等中间层，大大简化了器件制备工艺。另一方面，本发明的电子传输层涂布墨水还包括卤化物添加剂。器件制备工艺中，钙钛矿材料易分解失去有机组分。而卤化物添加剂可以与钙钛矿分解后产生的卤化铅(如PbI₂)反应，补充缺失的有机组分，起到钝化界面的效果，从而避免电子传输层对下层钙钛矿薄膜的破坏，且保证界面膜层良好的结合性。再者，本发明的电子传输层涂布墨水可实现在钙钛矿薄膜上用溶液法大面积制备电子传输层，该墨水对钙钛矿薄膜无破坏性，界面结合良好，能够获得大面积均一致密的电子传输层，有助于推进大面积反式结构钙钛矿太阳能电池的产业化进程。