[发明专利]SnO2

说明书

本发明公开SnO₂团簇胶体、SnO₂团簇电子传输层及制备方法与在钙钛矿太阳能电池中的应用。该SnO₂团簇胶体的制备，包括：将碘、丙酮、低元醇、锡盐混合，滴加水，搅拌，得到SnO₂团簇胶体。该SnO₂团簇电子传输层是将SnO₂团簇胶体溶液沉积在导电基底上并在退火所得。本发明的SnO₂团簇粒子均匀、稳定，粒径可低至1.5nm。将本发明制的SnO₂团簇电子传输层应用于钙钛矿太阳能电池时，刚性平面结构电池可获得超过21％的光电转化效率，柔性平面结构电池可获得超过18％的光电转化效率。本发明为低温、柔性太阳能电池的大面积、快速制备打下了坚实的基础，同时在光电器件、传感器等其它领域亦具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于光电子材料与器件领域，具体涉及一种SnO₂团簇胶体、SnO₂团簇电子传输层及制备方法与在钙钛矿太阳能电池中的应用。

背景技术

能源是人类社会生存和发展不可或缺的重要物质基础。但是传统化石燃料如石油、天然气、煤等是不可持续能源，消耗很快，且它们是导致全球气候变化、有害气体排放和环境恶化的主要因素。因此，大力发展可再生能源成了当今世界关注的焦点。太阳能是地球上储存最丰富的可再生能源，太阳能电池通过光伏效应将光能转化为电能，供生产生活需要。钙钛矿太阳能电池是近年来研究进展最为迅速的一种光伏技术，其制备工艺简单，成本较低，能量转化效率高，具有很大的应用前景。

卤化物钙钛矿吸光材料具有双极性，可以分离并传输电子和空穴，但是其电子和空穴的传输不平衡，传输空穴比传输电子更高效，因此必须引入优异的电子传输层来补偿电子传输。常用的电子传输层材料为TiO₂，但其电子迁移率低，制备温度高，不利于电池的低成本、快速制备，以及柔性器件的发展；此外，TiO₂具有光催化活性，在紫外光下催化钙钛矿的分解，造成器件的不稳定。 SnO₂是一种性能优异的电子传输材料，其电子迁移率比TiO₂高两个数量级，且可低温制备。基于SnO₂电子传输层的钙钛矿太阳能电池的光电转化效率高，且稳定性也有所提高。

通过合成SnO₂胶体进而制备SnO₂电子传输层是最常用的方法。直接将 SnCl₂或SnCl₄等锡盐在去离子水中进行水解可得SnO₂纳米粒子。但是这种水解可控性差，所得的SnO₂粒径分散性大，易聚集，胶体溶液不稳定；导致所制备的SnO₂电子传输层及太阳能电池的重复性差。Yang等通过加入硫脲或其它有机物作为分散剂和稳定剂，可制得粒径在3-5nm左右的稳定SnO₂量子点胶体溶液(Adv.Mater.2018,30,1706023)，但是有机物添加剂会阻碍电子的快速传输，需要较高温度退火来去除，高温过程能耗高且不适合于低温制备要求。更为重要的是，5nm及更大尺寸的SnO₂纳米粒子在粗糙的ITO(或FTO)表面无法形成致密堆积，不利于高效阻隔光生空穴。因此，发明一种工艺流程简单、可低温制备、成本低、重复性高的新方法，以获得亚纳米级、稳定、无难挥发有机添加剂的SnO₂粒子胶体溶液，进而制备性能优异的SnO₂电子传输层和高效平面钙钛矿太阳能电池是十分必要的。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种SnO₂团簇胶体、 SnO₂团簇电子传输层及制备方法与在钙钛矿太阳能电池中的应用。

本发明所要解决的问题是提供一种室温制备、粒径小、稳定性及重复性好的SnO₂团簇胶体和基于SnO₂团簇电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。