一种SnO2量子点电子传输层钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种SnO2量子点电子传输层钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于光电子材料与器件领域。包括透明导电衬底、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属电极，所述的电子传输层是SnO2量子点或Mg掺杂的SnO2量子点在100~185℃退火所得。所述的SnO2量子点是SnCl2•2H2O和硫脲溶解在水中搅拌所得。该结构很容易制备出高效和重复性好的平面钙钛矿太阳能电池。通过这种方法制备出了18.93%光电转换效率的平面刚性钙钛矿太阳能电池和转换效率为16.12%的柔性钙钛矿太阳能电池。为将来柔性电池卷对卷的大面积制备打下了坚实的基础。

A kind of SnO

The invention relates to a SnO

【技术实现步骤摘要】
一种SnO2量子点电子传输层钙钛矿太阳能电池及其制备方法
本专利技术涉及一种SnO2量子点电子传输层钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于光电子材料与器件领域。
技术介绍
近年来，能源危机变得越来越紧迫，清洁能源的研究变得越来越迫切。清洁能源包括太阳能、风能、水电能等。太阳能由于取之不尽用之不竭，而光伏电池能将太阳能直接转化为电能具有很大的应用前景。目前的太阳能电池由硅太阳能电池发展到现今较为成熟的有机太阳能电池、染料敏化太阳能电池和铜铟镓锡太阳能电池等。但目前这些电池在应用方面还存在成本高、稳定性差等很多问题，所以太阳能的开发和利用还处在起步阶段，有关太阳能电池的研究也很迫切，国内外投入了很多的研究精力，都希望在太阳能电池领域能取得巨大的突破。钙钛矿电池近年来发展迅速，由于具有很高的光电转化效率，在国内外引起了空前巨大的研究热潮，并且已经取得了很多的研究成果。钙钛矿吸光材料具有高的载流子迁移率、带隙可调、溶液法制备以及高的吸收系数等特点，所以钙钛矿电池可以获得高的短路电流、开路电压和填充因子。目前，这一领域的迅速发展吸引了来自世界各国科学家们的研究兴趣。电子传输层在钙钛矿太阳能电池中扮演着十分重要的角色，其光学、电学性能以及自身的稳定性，可以直接影响钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和稳定性。正置钙钛矿太阳能电池通常使用高温制备的TiO2作为电子传输层，其制备工艺复杂、成本高，不利于钙钛矿产业化和柔性器件的发展。同时TiO2的电子迁移率比较低，不利于电子的传输和收集。近两年，SnO2作为一个性能优异的电子传输层材料，受到了研究者们广泛的关注。通过使用SnCl2.H2O溶解在乙醇溶液中进行水解形成溶胶(sol-gel工艺)，来制备高效的SnO2电子传输层已经有报道(专利号：CN104157788A)(WeijunKe,GuojiaFang,QinLiu,LiangbinXiong,PingliQin,HonTao,JingWang,HongweiLei,BoruiLi,JiaweiWan,GuangYang,YanfaYan.Low-TemperatureSolution-ProcessedTinOxideasanAlternativeElectronTransportingLayerforEfficientPerovskiteSolarCells.JournaloftheAmericanChemicalScociety.2015))。但是，这个水解过程可控性很差，且易受外界环境的影响。结果导致基于这种方法SnO2电子传输层制备的可控性和重复性较差；薄膜表面易出现较大的白色颗粒(见文献WeijunKe,DeweiZhao,AlexanderJ.Cimaroli,CoreyR.Grice，PingliQin,QinLiu,LiangbinXiong,YanfaYanandGuojiaFang,EffectsofAnnealingTemperatureofTinOxideElectronSelectiveLayersonthePerformanceofPerovskiteSolarCells,JournalofMaterialsChemistryA,2015,3,24163)，导致钙钛矿太阳能电池的重复性不是十分理想，并且180℃的退火温度对于柔性朔料衬底来说还是高了一些。最近的研究结果显示，使用商业购买的SnO2纳米颗粒作为电子传输层可以制备出高效的平面钙钛矿电池(JBYou,EnhancedelectronextractionusingSnO2forhigh-effciencyplanar-structureHC(NH2)2PbI3-basedperovskitesolarcells.NatureEnergy.2016,16177)。但是，基于这种商业购买的SnO2纳米颗粒的电子传输层不易于进一步的进行调控和改性来改善其电荷传输性能、优化能带匹配。所以，专利技术一种工艺流程简单、更低温、制备成本更低、易重复、可调控、高效的SnO2电子传输层制备方法以及制备出高效的平面钙钛矿电池是十分有必要的。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是提供一种退火温度低、重复性好的SnO2量子点电子传输层钙钛矿太阳能电池及其制备方法。本专利技术使用室温合成的SnO2量子点来通过低温水溶液法制备高效平面钙钛矿太阳能电池的电子传输层；实现了高光电转换效率的平面钙钛矿太阳能电池(光电转换效率达到18.93％)，并且具有很好的重复性。并且，这种量子点易于调控和改性修饰，来进一步提高其传输性能。比如Mg掺杂的SnO2量子点电子传输层，显著提高了平面钙钛矿太阳能电池的开路电压(1.145V)，进一步提高了器件性能(19.36％)。同时，这种SnO2量子点电子传输层也适用于制作高效的柔性钙钛矿电池(光电转换效率达到16.16％)和大面积钙钛矿太阳能电池(0.5cm2电池光电转换效率达到15.02％)的制备。本专利技术的技术方案：一种钙钛矿太阳能电池，包括透明导电衬底、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属电极，所述的电子传输层是SnO2量子点或Mg掺杂的SnO2量子点在100～185℃退火所得。所述的SnO2量子点是SnCl2·2H2O和硫脲溶解在水中搅拌所得。所述透明导电衬底为FTO玻璃和柔性ITO/PEN。所述的空穴传输层是68mM的2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴,26mM的双三氟甲基磺酸亚酰胺锂和55mM的4-叔丁基吡啶的混合溶液。所用溶剂是体积比为10：1的氯苯和乙腈的混合物。所述的金属电极为金电极。本专利技术所用的量子点的粒径大小为3-5nm。这种量子点电子传输层具有很好的膜层平整度，同时有非常优异的电子抽取能力，大大地提高了平面钙钛矿太阳能电池的光电转换效率，实现了高效平面钙钛矿太阳能电池的低温制备和高效柔性器件的发展，并且具有非常好的重复性。本专利技术的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：(1)先将透明导电衬底采用半导体工艺清洗，用氮气吹干；(2)制备水溶性SnO2量子点前驱液，旋涂在透明导电衬底上，在100～185摄氏度条件下退火一个小时，所得SnO2量子点薄膜作为电子传输层；(3)制备的钙钛矿吸光层覆盖在电子传输层上；(4)将事先配好的空穴传输层溶液通过旋涂法，在电子传输层上形成一层空穴传输层；(5)蒸发制备Au电极。所述的SnO2量子点电子传输层的制备方法，具体包括如下步骤：(1)将0.9g的SnCl2·2H2O和0.3g的硫脲，溶解在30mL去离子水，在空气中室温搅拌24h得到黄色澄清的SnO2量子点水溶液；(2)用甩胶机将配好的前驱体溶液均匀的旋涂在导电衬底上；(3)将甩好的电子传输层在100～185摄氏度条件下退火一个小时；步骤(1)中，增加一定量的MgCl2·6H2O到去离子水中，可得到Mg掺杂的SnO2量子点电子传输层。最佳掺杂原子浓度是3％。步骤(3)中，退火温度为130摄氏度,可用于柔性衬底。钙钛矿(CH3NH3PbI3)吸光层的制备方法，包括如下步骤：(1)钙钛矿溶液的配置：1.38mol/LCH3NH3I和PbI2按摩尔比1：1溶解在二甲基甲酰胺里(DMF)和二甲基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钙钛矿太阳能电池，包括透明导电衬底、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属电极，所述的电子传输层是SnO

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池，包括透明导电衬底、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属电极，所述的电子传输层是SnO2量子点或Mg掺杂的SnO2量子点在100~185℃退火所得。2.根据权利要求1所述钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述透明导电衬底为FTO或ITO。3.根据权利要求1或2所述钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿吸光层为CH3NH3PbI3薄膜。4.根据权利要求1或2所述钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述的空穴传输层是68mM的2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴,26mM的双三氟甲基磺酸亚酰胺锂和55mM的4-叔丁基吡啶的混合溶液，所用溶剂是体积比为10：1的氯苯和乙腈的混合物。5.根据权利要求1或2所述钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述的金属电极为金电极。6.权利要求1所述的钙钛矿薄膜光伏电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）先将透明导电衬底采用半导体工艺清洗，用氮气吹干；（2）制备水溶性SnO2量子点前驱液，...

【专利技术属性】
技术研发人员：方国家，杨光，陈聪，姚方，张琪，郑小璐，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42