介孔电子传输层的制备方法、钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种介孔电子传输层的制备方法、钙钛矿太阳能电池及其制备方法，所述介孔电子传输层的制备方法包括以下步骤：配置涂膜前驱体溶液A，所述前驱体溶液A含有电子传输材料和造孔剂，所述电子传输材料为二氧化锡；采用溶液涂膜工艺将所述前驱体溶液A涂在导电基板上；对涂膜后的导电基板进行退火处理，所述退火处理的温度为140～220℃，时间大于等于15min；对退火后的导电基板进行紫外线照射处理，处理的时间大于等于30min。所述钙钛矿太阳能电池包括上述制备方法制备的介孔电子传输层。本发明专利技术的介孔电子传输层的制备方法，能够大幅减少介孔薄膜制备的周期和成本，提高介孔电子传输层的质量，提高将其应用于钙钛矿太阳能电池中的转化效率。

Preparation method of mesoporous electron transport layer, perovskite solar cell and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
介孔电子传输层的制备方法、钙钛矿太阳能电池及其制备方法
本专利技术涉及太阳能电池
，特别涉及一种介孔电子传输层的制备方法、钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
钙钛矿太阳能电池(PSC)主体结构包括电子传输层、光吸收层以及空穴传输层。其中电子传输层具有提取电子和阻隔空穴的作用，电子传输层对电子的提取能力越强电池性能越好。主流的电子传输层材料用的是二氧化钛(TiO2)和二氧化锡(SnO2)。根据电子传输层结构，钙钛矿太阳能电池又分为两种主要的类型：平面架构和介孔架构：平面架构是指作为基底的电子传输层(或空穴传输层)是一层平整的薄膜；介孔架构是指作为基底的电子传输层(或空穴传输层)含有一层多孔状(介孔)的薄膜。介孔架构相较于平面架构有散光效果好(增加光程增强吸收)、电子传输层与光吸收层的接触面积大(利于电子的抽取和传输)等优势，但是同时由于界面粗糙度显著增大而容易造成界面或光吸收层内缺陷的增多。目前占绝对主流的两大电子传输层材料中(TiO2和SnO2)，应用于介孔架构PSC的主要是TiO2，这是因为介孔TiO2的制备工艺成熟，其界面修饰工艺也得到较好的发展。但是介孔TiO2层存在电子迁移率较低、光稳定性不足等问题，主要是因为介孔TiO2材料有很强的光敏特性(紫外线照射下有很强的化学活性，广泛应用于光催化领域)，紫外线激发TiO2的光催化性质使得PSC中钙钛矿吸收层的有机成分发生降解，从而使PSC的性能发生急剧下降。而且介孔TiO2材料表面活性高、面积大，在紫外线长期照射条件下界面很容易产生大量的缺陷，从而大幅降低PSC的性能。与TiO2相比，SnO2有更高的电子迁移率和更深的导带，增加了对电子的提取能力，同时具有接近4.0eV的带隙，拥有更宽带隙的SnO2会吸收更少的紫外光，从而光敏性大大降低，相较于TiO2器件有更好的稳定性。但是目前在PSC中应用最多的是平面架构SnO2(p-SnO2)，这是因为虽然文献报道证实介孔架构SnO2(m-SnO2)具有更好的稳定性，然而一般文献报到的m-SnO2制备工艺在制备过程中m-SnO2层需要经历高温过程(介孔TiO2同样需要高温过程来去除造孔剂)，而高温工艺容易在m-SnO2层中产生氧空位缺陷，同时容易造成基底上的透明导电氧化物薄膜中的杂质往m-SnO2层中扩散，造成m-SnO2层性能的显著降低，不能有效阻隔空穴并给钙钛矿光吸收层带来缺陷。这就使得到目前为止使用介孔架构SnO2(m-SnO2)的钙钛矿太阳能电池效率较低，目前文献报到的效率不超过18％。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术旨在提供一种介孔电子传输层的制备方法、钙钛矿太阳能电池及其制备方法，通过应用低温及紫外线处理方式，减少介孔电子传输层制备的周期和成本，提高介孔电子传输层的质量，提高将其应用于钙钛矿太阳能电池中电池的转化效率。本专利技术的技术方案如下：一方面，提供一种介孔电子传输层的制备方法，包括以下步骤：配置涂膜前驱体溶液A，所述前驱体溶液A含有电子传输材料和造孔剂，所述电子传输材料为二氧化锡；采用溶液涂膜工艺将所述前驱体溶液A涂在导电基板上；对涂膜后的导电基板进行退火处理，所述退火处理的温度为140～220℃，时间大于等于15min；对退火后的导电基板进行紫外线照射处理，所述紫外线照射处理的时间大于等于30min。进一步地，所述造孔剂为聚乙二醇。进一步地，所述前驱体溶液A还含有表面活性剂，所述表面活性剂在所述前驱体溶液A中的质量百分比小于5％。进一步地，对退火后的导电基板进行所述紫外线照射处理时，加入臭氧。进一步地，所述导电基板为制备了平面电子传输层的导电玻璃基板。进一步地，所述平面电子传输层的制备方法包括：配置涂膜前驱体溶液B，所述前驱体溶液B中的电子传输材料与所述前驱体溶液A中的电子传输材料相同；采用溶液涂膜工艺将所述前驱体溶液B涂在所述导电玻璃基板上；对涂膜后的导电玻璃基板进行退火处理，所述退火处理的温度为80～300℃，时间大于等于15min。进一步地，所述前驱体溶液A的涂膜厚度为5nm～200nm，所述前驱体溶液B的涂膜厚度为5nm～200nm。进一步地，所述前驱体溶液B中的电子传输材料的晶粒大小为1nm～100nm，所述前驱体溶液A中的电子传输材料的晶粒大小为1nm～50nm。另一方面，提供一种钙钛矿太阳能电池，包括上述任意一项所述的介孔电子传输层的制备方法制备得到的介孔电子传输层。另一方面，提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：通过上述任意一项所述的介孔电子传输层的制备方法制备介孔电子传输层；在所述介孔电子传输层上制备光吸收薄膜层；在所述光吸收薄膜层上制备空穴传输层；在所述空穴传输层上制备金属电极。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：本专利技术提供的介孔电子传输层的制备方法，不需要经历高温过程，避免在高温过程中，m-SnO2层中产生氧空位缺陷，避免基底上的杂质往m-SnO2层中扩散，造成m-SnO2层性能的显著降低，不能有效阻隔空穴并给钙钛矿光吸收层带来缺陷，通过应用低温及紫外线处理方式，能够减少介孔电子传输层制备的周期和成本，提高介孔电子传输层的质量，能够提高将其应用于钙钛矿太阳能电池中的稳定性及转化效率。本专利技术提供的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，能够提高钙钛矿太阳能电池的效率，节约资源。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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他的附图。图1为实施例1聚乙二醇0％浓度下即平面SnO2扫描电镜图；图2为实施例1聚乙二醇3％浓度下介孔SnO2扫描电镜图；图3为实施例1聚乙二醇6％浓度下介孔SnO2扫描电镜图；图4为实施例1聚乙二醇9％浓度下介孔SnO2扫描电镜图；图5为实施例1聚乙二醇12％浓度下介孔SnO2扫描电镜图；图6为实施例1中钙钛矿太阳能电池的J-V曲线。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互结合。一方面，提供一种介孔电子传输层的制备方法，包括以下步骤：配置涂膜前驱体溶液A，所述前驱体溶液A含有电子传输材料和造孔剂，所述电子传输材料为二氧化锡；采用溶液涂膜工艺将所述前驱体溶液A涂在导电基板上；对涂膜后的导电基板进行退火处理，所述退火处理的温度为140～220℃，时间大于等于15min；对退火后的导电基板进行紫外线照射处理，所述紫外线照射处理的时间大于等于30min。在一个具体的实施例中，所述造孔剂为聚乙二醇。通过所述退火处理以及紫外线照射处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种介孔电子传输层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n配置涂膜前驱体溶液A，所述前驱体溶液A含有电子传输材料和造孔剂，所述电子传输材料为二氧化锡；/n采用溶液涂膜工艺将所述前驱体溶液A涂在导电基板上；/n对涂膜后的导电基板进行退火处理，所述退火处理的温度为140～220℃，时间大于等于15min；/n对退火后的导电基板进行紫外线照射处理，所述紫外线照射处理的时间大于等于30min。/n

【技术特征摘要】
1.一种介孔电子传输层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
配置涂膜前驱体溶液A，所述前驱体溶液A含有电子传输材料和造孔剂，所述电子传输材料为二氧化锡；
采用溶液涂膜工艺将所述前驱体溶液A涂在导电基板上；
对涂膜后的导电基板进行退火处理，所述退火处理的温度为140～220℃，时间大于等于15min；
对退火后的导电基板进行紫外线照射处理，所述紫外线照射处理的时间大于等于30min。


2.根据权利要求1所述的介孔电子传输层的制备方法，其特征在于，所述造孔剂为聚乙二醇。


3.根据权利要求1所述的介孔电子传输层的制备方法，其特征在于，所述前驱体溶液A还含有表面活性剂，所述表面活性剂在所述前驱体溶液A中的质量百分比小于5％。


4.根据权利要求1所述的介孔电子传输层的制备方法，其特征在于，对退火后的导电基板进行所述紫外线照射处理时，加入臭氧。


5.根据权利要求1-4中任意一项所述的介孔电子传输层的制备方法，其特征在于，所述导电基板为制备了平面电子传输层的导电玻璃基板。


6.根据权利要求5所述的介孔电子传输层的制备方法，其特征在于，所述平面电子传输层的制备方法包括：
配...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭长涛，王其云，黄跃龙，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51