[发明专利]一种HCl改性二氧化锡作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本申请公开一种HCl改性二氧化锡作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，所述太阳能电池的制备过程如下：（1）制备HCl改性的SnO₂水溶胶；（2）在洁净ITO电极上沉积HCl改性SnO₂电子传输层；（3）将二嵌段共聚物(PEO)₁₅₀‑(PPO)₂₀引入到钙钛矿体系中；（4）在SnO₂电子传输层上沉积钙钛矿光敏层；（5）在钙钛矿光敏层上沉积Spiro‑OMeTAD空穴传输层；（6）在Spiro‑OMeTAD空穴传输层上蒸镀Au对电极。所制备太阳能电池平均光电转换效率已达22.75%，最高光电转换效率已超过22.86%，且呈现出对湿气、光照和温度良好的稳定性。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种HCl改性二氧化锡作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

太阳能是一种可再生能源，在化石燃料日趋减少的情况下，太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分，并不断得到发展。太阳能的利用有光热转换和光电转换两种方式，其中太阳能发电是一种新兴的可再生能源。目前,开发太阳能已经被广泛重视，太阳能电池的应用已从军事领域、航天领域进入工业、商业、农业、通信、家用电器以及公用设施等部门。由于现在社会一直提倡环保节能，煤炭、石油、天然气等有污染资源将逐渐被太阳能所替代，现在，很多国家都在尽力研究太阳能这一天然资源，并已列为重点研究计划。

目前，太阳能电池研究呈现出以下几个新方向：1.开发与晶硅电池匹配的顶电池或底电池，构建理论效率超过33%的叠层电池；2.开发柔性、轻质、多彩等新型电池，实现与晶硅电池互补，满足不同市场应用需求；3.探索新的光敏材料(简单、无毒、低成本、高丰度等)、制备新型太阳能电池。作为光伏领域研究新热点，钙钛矿材料具有简单、廉价、溶液可加工特性，表明该薄膜太阳能电池技术可替代现有光伏技术、实现低成本开发。近年来，钙钛矿太阳能电池在基本结构、工作原理、组分取代、形貌优化、结晶改善、界面钝化、电子/空穴传输层、全无机钙钛矿、无铅/少铅钙钛矿以及商业化探索等方面均取得了突破性进展，其单片光电转换效率已从3.8%快速提升到25.5%，为深入探索钙钛矿太阳能电池、促进其商业化奠定了良好的实验和理论基础。

然而，现有钙钛矿太阳能电池多基于介孔TiO₂和纳米SnO₂为电子传输层，其中SnO₂具有明显优于TiO₂导电性以及更高载流子浓度和电子迁移率，这些优越特性将提高钙钛矿太阳能电池性能。本发明通过简单一步法制备结晶SnO₂纳米溶胶，可以实现SnO₂纳米晶较高载流子浓度和电子迁移率，提高薄膜电子传输特性；同时，引入适量HCl修饰SnO₂纳米晶，钝化SnO₂纳米晶缺陷、改善表面性质、促进Cl^-1离子与钙钛矿卤素离子间转移，改善界面接触，促进光生电荷高效分离和萃取，进一步提高钙钛矿太阳能电池性能，并实现钙钛矿太阳能电池规模化制备，促进钙钛矿太阳能电池商业化发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种HCl改性二氧化锡（SnO₂）作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，HCl改性SnO₂可采用一步法完成，制备简单、原料储备丰富、安全环保，基于低温溶液过程制备钙钛矿电池，可探索器件规模化。该方法不但可以提高SnO₂载流子浓度和电子传输特性，还可以采用HCl改性SnO₂表面性质，促进Cl^-1离子与钙钛矿卤素离子间转移，改善界面接触，促进光生电荷高效分离和萃取，提高钙钛矿太阳能电池光电转换效率，还可以探索钙钛矿太阳能电池规模化制备，为钙钛矿太阳能电池商业化提供优化实验条件和关键技术。

基于上述目的，本发明采取如下技术方案：