[发明专利]具有含氧空位的锐钛矿型TiO2

说明书

本发明公开了一种具有含氧空位的锐钛矿型TiOsubgt;2/subgt;介孔空心球电子传输层的钙钛矿太阳电池。该钙钛矿太阳电池依次具有以下结构：导电玻璃层、致密层、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和电极层；其中，所述电子传输层为含氧空位的锐钛矿型TiOsubgt;2/subgt;介孔空心球层。本发明的钙钛矿太阳电池具有提高的光电转换效率。

技术领域

本发明涉及一种钙钛矿太阳电池，尤其涉及一种具有含氧空位的锐钛矿型TiO₂介孔空心球电子传输层的钙钛矿太阳电池。

背景技术

太阳能是一种高效安全、清洁环保的新型能源，并且它来源广泛、储量丰富，具有巨大发展前景。钙钛矿太阳电池具有优异的光电性能，并且制备工艺简单、成本较低、绿色高效，具有较大发展潜力。钙钛矿太阳电池具有“三明治”结构，主要由电极/电荷传输层/钙钛矿层/电荷传输层/电极组成。其中，正式结构(n-i-p)为太阳光照射到器件上，通过透明电极后，先入射到电子传输层。

电子传输层(ETL)在钙钛矿太阳电池中有着重要作用，主要是用于提取传输电子、阻挡空穴以及作为支撑骨架等作用。因此，电子传输层材料通常是具有高电子亲和能和离子势，并且便于提取、传输电子的n型半导体材料。首先，电子传输层要满足与钙钛矿材料能级匹配，便于光生电子提取和传输。其次，电子传输层要有合适的禁带宽度抑制空穴传输、减少光生载流子复合率。另外，电子传输层的厚度也影响着载流子在各层传输时的平衡，控制电荷的积累，从而提高太阳电池寿命。

二氧化钛(TiO₂)是一种宽带隙的n型半导体，具有较好的光电性能、价格成本低、化学稳定性较好且安全无毒等优点，并且它的导带最小值(CBM，-4.4eV)和价带最大值(VBM，-7.63eV)与钙钛矿能带结构适配，能够保证电子传输、阻挡空穴。因此，广泛采用二氧化钛(TiO₂)作为钙钛矿太阳电池的电子传输层。然而二氧化钛(TiO₂)也有导电性差、电子迁移率较低(0.1-1cm²V^-1S^-1)，电导率低(10^-10s/cm)等缺点，限制了其应用。TiO₂与钙钛矿材料间不协调的导带偏移也阻碍了钙钛矿薄膜与TiO₂电子传输层间的电子提取和传输。采用掺杂或喷涂等方法可以提高TiO₂电子传输层与光吸收层间的能级匹配程度，但是成本较高、工艺复杂，难以在实际生产中应用。

TiO₂作为电子传输层主要有介孔TiO₂和致密层TiO₂(compact-TiO₂，c-TiO₂)两种结构，TiO₂中的缺陷和晶界会成为钙钛矿太阳电池工作过程中电子-空穴复合中心，从而影响器件的光伏性能。另外，TiO₂介孔层位于致密二氧化钛和钙钛矿层之间，增加了钙钛矿材料的填充性的同时提高光的利用率。目前，TiO₂介孔空心球的制备主要有水热法、溶剂热法、模板法、溶胶-凝胶法、微乳液法等方法，制备工艺较为繁琐复杂。

TiO₂作为电子传输层时，薄膜中的缺陷和晶界会成为电子-空穴复合中心，形成界面屏障导致钙钛矿与电极直接接触，降低光伏效率，极大影响了钙钛矿太阳电池器件性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有含氧空位的锐钛矿型TiO₂介孔空心球电子传输层的钙钛矿太阳电池。

本发明所提供的钙钛矿太阳电池，依次具有以下结构：导电玻璃层、致密层、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和电极层；其中，所述电子传输层为含氧空位的锐钛矿型TiO₂介孔空心球层。

其中，所述含氧空位的锐钛矿型TiO₂介孔空心球层的氧空位浓度为27.9-45.1％。