一种利用低温溶液反应制备SnO2薄膜的方法及用其制备钙钛矿太阳能电池的方法技术

本发明专利技术涉及利用低温溶液反应制备SnO2薄膜的方法，首先制备四氯化锡水溶液，然后制备电子传输层SnO2薄膜。本发明专利技术还涉及一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，在FTO导电玻璃基底上利用上述SnO2薄膜的制备方法制备SnO2薄膜电子传输层；在SnO2薄膜电子传输层上用旋涂法形成MAPbI3钙钛矿光吸收层；再在MAPbI3钙钛矿光吸收层上采用旋涂法制得空穴传输层；在空穴传输层上用真空蒸镀法蒸镀金属电极，形成钙钛矿薄膜电池。该方法简单，易于操作，并且薄膜的均匀性较好，重复性高，在半导体等光电领域的发展具有科学意义。

【技术实现步骤摘要】
一种利用低温溶液反应制备SnO2薄膜的方法及用其制备钙钛矿太阳能电池的方法
本专利技术属于光电材料
，具体涉及一种利用低温溶液反应制备SnO2薄膜的方法及用其制备钙钛矿太阳能电池的方法。
技术介绍
随着时代发展，人类社会所面临的能源危机愈加严重，寻找和开发新的能源逐渐成为各国研究学者的方向之一，而太阳能一直都是一切能源的基础，如何高效地开发利用太阳能资源，把太阳能直接收集并储存起来为人类所用，科学家已经孜孜不倦探索了几十年。近年来，有机无机杂化钙钛矿太阳能电池（PSCs）得到了迅猛发展，它具有较强的吸光性能，最新报告说明其最高光电转换效率已突破22%，仍然有继续提高的希望。该类型太阳能电池使用TiO2作为电子传输层，目前该材料虽然拥有较高的光电转换效率，但大多是需要界面修饰，还有表现出明显的磁滞现象，也有用SnO2作为电子传输层的，但是需要较高温度处理，需要复杂的制备工艺。从长远来看，钙钛矿太阳能电池还需要进一步提高光电性能并能够简化工艺，便于将来的规模生产。所以如何解决电子传输层的制备问题成为业界一重要的研究方向。目前，已有的报道中，可以用SnCl2·2H2O来制备SnO2薄膜，但电池性能表现出较低的填充因子，且制备过程也需要一个较高的温度。因此，有必要开发一种新的技术方案，优化薄膜的制备工艺，改善薄膜的光电性能，同时降低成本。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：克服用SnCl2·2H2O来制备SnO2薄膜的光电性能不够优良的问题，提供一种利用低温溶液反应制备SnO2薄膜的方法及其制备钙钛矿太阳能电池的方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种利用低温溶液反应制备SnO2薄膜的方法，包括步骤：(1)四氯化锡水溶液的制备：将去离子水倒入容器内，用保鲜膜封闭容器口，然后将装有去离子水的容器放置于冰箱内，使去离子水完全冻结，形成冻结冰；将装有所述冻结冰的容器置于水浴锅内，将四氯化锡溶液滴入容器中，此时除所述四氯化锡溶液的滴入口外，所述容器口有保鲜膜掩盖；另取去离子水并倒入所述容器中，搅拌直至冰水完全溶解，制得四氯化锡水溶液。(2)电子传输层SnO2薄膜的制备：将清洗干净的FTO导电玻璃基底的电极端用高温胶带覆盖，然后置于等氧离子清洗机内处理；将FTO导电玻璃基底放入溶液瓶内，并且将覆盖有FTO层的一面向下；将所述四氯化锡水溶液倒入所述溶液瓶内，直至所述四氯化锡水溶液的液面将所述FTO层完全覆盖；拧紧所述溶液瓶的瓶盖，将所述溶液瓶放入烘箱内加热；结束后，待其降至室温，取出FTO导电玻璃基底，用无水乙醇冲洗所述FTO导电玻璃基底的表面，用氮气吹干玻璃，放入烘箱内加热；取出FTO导电玻璃基底，用臭氧处理，制得电子传输层SnO2薄膜。作为本专利技术的一个优选的实施例，步骤(1)中，首次倒入容器内的去离子水与四氯化锡溶液的体积比为20：1.1，首次倒入容器内的去离子水与第二次倒入容器内的去离子水的体积比为2：3。作为本专利技术的一个优选的实施例，步骤(1)中，所述水浴锅的温度为0℃。作为本专利技术的一个优选的实施例，步骤(1)中，第二次倒入容器内的去离子水的水温低于5℃。作为本专利技术的一个优选的实施例，步骤(2)中，所述等氧离子清洗机的处理时间为10min。作为本专利技术的一个优选的实施例，步骤(2)中，第一次烘箱的加热温度是100℃，恒温时间是2.5h，第二次烘箱的加热温度是100℃，恒温时间是1h。作为本专利技术的一个优选的实施例，步骤(2)中，所述臭氧处理的时间是8min。利用上述技术方案制备钙钛矿太阳能电池的方法，包括步骤：提供FTO导电玻璃基底；在所述FTO导电玻璃基底上利用上述SnO2薄膜的制备方法制备SnO2薄膜电子传输层；在所述SnO2薄膜电子传输层上用旋涂法形成MAPbI3钙钛矿光吸收层；在所述MAPbI3钙钛矿光吸收层上采用旋涂法制得空穴传输层；在所述空穴传输层上用真空蒸镀法蒸镀金属电极，形成钙钛矿薄膜电池。作为本专利技术的一个优选的实施例，所述FTO导电玻璃基底的厚度为400nm，所述SnO2薄膜电子传输层的厚度为20nm，所述MAPbI3钙钛矿吸光层的厚度为450nm，所述空穴传输层的厚度为100nm，所述金属电极的厚度为80nm。本专利技术的有益效果是：（1）该方法是用低温溶液反应的方式，得到了SnO2薄膜，厚度为20nm左右，致密性很好；（2）制备过程简单，需要的温度仅为100℃；（3）该SnO2薄膜作为钙钛矿薄膜电池中的电子传输层没有表现出太大的磁滞；（4）本专利技术制备方法简单，易于操作，重复性高，在光电材料领域等方面的发展具有十分重要的科学意义。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：图1为本专利技术所述方法制备的SnO2薄膜的X射线衍射图；图2为本专利技术所述方法制备的SnO2薄膜的电子扫描显像图和在SnO2薄膜上面旋涂钙钛矿光吸收层后的电子扫描显像图；图3为本专利技术所述方法制备的钙钛矿太阳能电池的结构示意图；图4为本专利技术所述方法制备的钙钛矿太阳能电池在1个标准太阳光照射下测得的电流-电压图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本专利技术至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。本专利技术一种利用低温溶液反应制备SnO2薄膜的方法包括如下步骤：步骤一，制备四氯化锡水溶液。具体的，将去离子水倒入容器内，用保鲜膜封闭容器口，然后将装有去离子水的容器放置于冰箱内，使去离子水完全冻结，形成冻结冰；将装有所述冻结冰的容器置于温度为0℃的水浴锅内，将四氯化锡溶液滴入容器中，（含量（SnCl4）≥99.0%）去离子水与四氯化锡溶液的体积比为20：1.1，此时除所述四氯化锡溶液的滴入口外，所述容器口有保鲜膜掩盖，防止大量的四氯化锡在空气中水解；另取去离子水并倒入所述容器中，其中，首次倒入容器内的去离子水与第二次倒入容器内的去离子水的体积比为2：3，搅拌直至冰水完全溶解，制得四氯化锡水溶液。步骤二，制备电子传输层SnO2薄膜。具体的，将清洗干净的FTO导电玻璃基底的电极端用高温胶带覆盖，然后置于等氧离子清洗机内处理10min；将FTO导电玻璃基底放入溶液瓶内，并且将覆盖有FTO层的一面向下；将所述四氯化锡水溶液倒入所述溶液瓶内，直至所述四氯化锡水溶液的液面将所述FTO层完全覆盖；拧紧所述溶液瓶的瓶盖，将所述溶液瓶放入烘箱内加热100℃，恒温2.5h；结束后，待其降至室温，取出FTO导电玻璃基底，用无水乙醇冲洗所述FTO导电玻璃基底的表面，用氮气吹干玻璃，放入烘箱内加热温度是100℃，恒温1h；取出FTO导电玻璃基底，用臭氧处理8min，制得电子传输层SnO2薄膜。根据上述方法制备钙钛矿太阳能电池：步骤一，提供FTO导电玻璃基底。在一个实施例中，所述FTO导电玻璃基底的厚度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用低温溶液反应制备SnO2薄膜的方法，其特征在于，包括步骤：(1)四氯化锡水溶液的制备：将去离子水倒入容器内，用保鲜膜封闭容器口，然后将装有去离子水的容器放置于冰箱内，使去离子水完全冻结，形成冻结冰；将装有所述冻结冰的容器置于水浴锅内，将四氯化锡溶液滴入容器中，此时除所述四氯化锡溶液的滴入口外，所述容器口有保鲜膜掩盖；另取去离子水并倒入所述容器中，搅拌直至冰水完全溶解，制得四氯化锡水溶液； (2)电子传输层SnO2薄膜的制备：将清洗干净的FTO导电玻璃基底的电极端用高温胶带覆盖，然后置于等氧离子清洗机内处理；将FTO导电玻璃基底放入溶液瓶内，并且将覆盖有FTO层的一面向下；将所述四氯化锡水溶液倒入所述溶液瓶内，直至所述四氯化锡水溶液的液面将所述FTO层完全覆盖；拧紧所述溶液瓶的瓶盖，将所述溶液瓶放入烘箱内加热；结束后，待其降至室温，取出FTO导电玻璃基底，用无水乙醇冲洗所述FTO导电玻璃基底的表面，用氮气吹干玻璃，放入烘箱内加热；取出FTO导电玻璃基底，用臭氧处理，制得电子传输层SnO2薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种利用低温溶液反应制备SnO2薄膜的方法，其特征在于，包括步骤：(1)四氯化锡水溶液的制备：将去离子水倒入容器内，用保鲜膜封闭容器口，然后将装有去离子水的容器放置于冰箱内，使去离子水完全冻结，形成冻结冰；将装有所述冻结冰的容器置于水浴锅内，将四氯化锡溶液滴入容器中，此时除所述四氯化锡溶液的滴入口外，所述容器口有保鲜膜掩盖；另取去离子水并倒入所述容器中，搅拌直至冰水完全溶解，制得四氯化锡水溶液；(2)电子传输层SnO2薄膜的制备：将清洗干净的FTO导电玻璃基底的电极端用高温胶带覆盖，然后置于等氧离子清洗机内处理；将FTO导电玻璃基底放入溶液瓶内，并且将覆盖有FTO层的一面向下；将所述四氯化锡水溶液倒入所述溶液瓶内，直至所述四氯化锡水溶液的液面将所述FTO层完全覆盖；拧紧所述溶液瓶的瓶盖，将所述溶液瓶放入烘箱内加热；结束后，待其降至室温，取出FTO导电玻璃基底，用无水乙醇冲洗所述FTO导电玻璃基底的表面，用氮气吹干玻璃，放入烘箱内加热；取出FTO导电玻璃基底，用臭氧处理，制得电子传输层SnO2薄膜。2.根据权利要求1所述的利用低温溶液反应制备SnO2薄膜的方法，其特征在于：步骤(1)中，首次倒入容器内的去离子水与四氯化锡溶液的体积比为20：1.1，首次倒入容器内的去离子水与第二次倒入容器内的去离子水的体积比为2：3。3.根据权利要求1所述的利用低温溶液反应制备SnO2薄膜的方法，其特征在于：步骤(1)中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁建宁，袁宁一，马志杰，张克智，王书博，贾旭光，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32