本发明专利技术公开了一种具有高效电荷提取的复合电子传输层及其在钙钛矿太阳能电池中的应用，主要是对电子传输层的修饰改性。首先，将旋涂制备厚度20～25nm的TiO2致密层；其次，进一步旋涂TiO2浆料制备TiO2介孔层；再次，将在TiO2介孔层上方旋涂SnO2纳米颗粒，完成复合电子传输层的制备。本发明专利技术具有高效电荷提取的复合电子传输层能够提高电荷提取、减少电荷复合以及降低钙钛矿材料退化，从而获得高性能的钙钛矿太阳能电池。太阳能电池。太阳能电池。
【技术实现步骤摘要】
一种具有高效电荷提取的复合电子传输层及其在钙钛矿太阳能电池中的应用
[0001]本专利技术涉及一种具有高效电荷提取的复合电子传输层及其在钙钛矿太阳能电池中的应用，属于光伏
技术介绍
[0002]太阳能是当前最有代表性的绿色能源之一，取之不尽、用之不竭。因此，太阳能受到世界各国的广泛关注，太阳能的开发和利用也被逐渐拓展到更多的应用领域。其中，钙钛矿太阳能电池就是一种具有广阔应用前景的新型光伏器件，在科学研究和工业领域都受到了广泛的关注，钙钛矿材料具有带隙可调、载流子扩散长度长、缺陷容忍度高、载流子寿命长等优势，使钙钛矿太阳能电池性能在短期内获得大幅提升。
[0003]在钙钛矿太阳能电池中，电子传输层在传输电子、阻挡空穴等方面发挥着不可或缺的重要作用。比较常见的电子传输层包括TiO2、ZnO等。其中，TiO2凭借其良好的稳定性以及合适的能带结构,在钙钛矿电池中获得广泛的应用。例如，南京航天航空大学公开了一种用于钙钛矿太阳能电池的TiO2电子传输层及制备方法(申请号：CN201711076827.0)。然而，TiO2在紫外光照射下对钙钛矿材料具有较强的催化作用，会引起钙钛矿材料退化分解；同时，TiO2和钙钛矿的电荷迁移率不匹配等(Y.Wang et al,ACS Applied.Materials&Interfaces.2020,12,31659
‑
31666)。ZnO具有高于TiO2两个数量级的电荷迁移率，且能带位置也很合适。例如，湖北大学公开了一种以ZnO做电子传输层的无机钙钛矿电池制备方法(申请号：CN201811559303.1)。然而，ZnO和钙钛矿直接接触时也会加速钙钛矿材料的分解，导致器件的稳定性较差(R.H.Chen et al,Journal of the American Chemical Society.2019,141,541
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547)。因此，亟需探索制备具有高效电荷提取的电子传输层以构筑高性能钙钛矿太阳能电池。
技术实现思路
[0004]本专利技术针对上述现有技术的不足，提供了一种具有高效电荷提取的复合电子传输层及其在钙钛矿太阳能电池中的应用。本专利技术复合电子传输层能够提高电荷提取、减少电荷复合以及降低钙钛矿材料退化，从而获得高性能的钙钛矿太阳能电池。
[0005]本专利技术具有高效电荷提取的复合电子传输层，是在TiO2致密层的表面旋涂TiO2介孔层和SnO2纳米颗粒后获得的复合电子传输层。
[0006]所述复合电子传输层中，TiO2致密层(c
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TiO2)的厚度为20
‑
25nm，TiO2介孔层(m
‑
TiO2)的厚度为100
‑
300nm，SnO2纳米颗粒(NP
‑
SnO2)的尺寸为4
‑
5nm。
[0007]本专利技术具有高效电荷提取的复合电子传输层的制备，包括如下步骤：
[0008]步骤1：导电衬底的清洗
[0009]将导电衬底按所需尺寸切割，并依次用去污剂溶液、去离子水、丙酮、乙醇和异丙醇分别连续清洗蚀刻后的基底10
‑
20min，并用N2气流干燥。在旋涂致密TiO2之前，清洁的基
底经历紫外臭氧处理15
‑
25min存放备用。
[0010]步骤2：致密层的制备
[0011]将步骤1清洗后的导电衬底置于匀胶机内，用移液枪吸取致密层前驱溶液滴在衬底上，通过旋涂稀释(依次以转速300
‑
600rpm旋涂5
‑
10s、转速1000
‑
4000rpm旋涂10
‑
50s)在正丁醇中的0.1
‑
0.2μm二异丙氧基双乙酰丙酮钛(乙酰丙酮化物)形成20
‑
25nm厚的TiO2薄层，随后在120
‑
150℃的热板上热处理5
‑
15min，并在空气中于400
‑
500℃退火20
‑
40min，获得TiO2致密层；
[0012]步骤3：介孔层的制备
[0013]采用旋涂工艺在步骤2制备所得TiO2致密层上旋涂介孔层浆料，获得100
‑
300nm厚的介孔TiO2层，旋涂速度3500
‑
4500rpm，然后在空气中以400
‑
500℃烧结20
‑
40min，将所获得的FTO/c
‑
TiO2/m
‑
TiO2衬底进一步经受紫外臭氧处理15
‑
30min，获得TiO2介孔层；
[0014]步骤4：SnO2纳米颗粒的制备
[0015]将0.2
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0.6mL浓度10
‑
20wt％的SnO2胶体分散液稀释于3
‑
5mL超纯水中，然后以2000
‑
4000rpm的转速在步骤3获得的FTO/c
‑
TiO2/m
‑
TiO2基底上旋涂20
‑
40s，随后于100
‑
200℃下退火20
‑
40min，形成复合电子传输层FTO/c
‑
TiO2/m
‑
TiO2+NP
‑
SnO2，经受紫外臭氧处理15
‑
30min。
[0016]本专利技术具有高效电荷提取的复合电子传输层的应用，是将其作为电子传输层制备钙钛矿太阳能电池。所述钙钛矿太阳能电池的器件结构为：导电衬底/TiO2致密层/TiO2介孔层+SnO2纳米颗粒/钙钛矿层/空穴传输层/金属电极。
[0017]具体包括如下步骤：
[0018]步骤5：钙钛矿层的制备
[0019]在环境温度下，将400
‑
500mgPbI2、150
‑
200mgMAI和60
‑
80mgDMSO(摩尔比为1∶1∶1)溶解在500
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700mgDMF中，并将混合物溶液在手套箱氮气环境中搅拌1h。特别地，将40
‑
60μL钙钛矿前体溶液滴加到FTO/c
‑
TiO2或FTO/c
‑
TiO2/m
‑
TiO2的表面上，随后以3000
‑
5000rpm的转速旋涂20
‑
30s，其中在6
‑
8s后将一滴(60
‑
120μL)反溶剂乙酸乙酯滴加到旋转基底上。涂层薄膜在100
‑
120℃的热板上热处理6
‑
12min。在100
‑
120℃的干燥过程中，膜的颜色从浅黄色变为深棕色，表明钙钛矿膜的形成。
[0020]步骤6：空穴传输本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具有高效电荷提取的复合电子传输层，其特征在于：所述复合电子传输层是在TiO2致密层的表面依次旋涂TiO2介孔层和SnO2纳米颗粒后获得的复合电子传输层。2.根据权利要求1所述的复合电子传输层，其特征在于：所述复合电子传输层中，TiO2致密层的厚度为20
‑
25nm，TiO2介孔层的厚度为100
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300nm，SnO2纳米颗粒的尺寸为4
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5nm。3.一种权利要求1或2所述的具有高效电荷提取的复合电子传输层的制备方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：导电衬底的清洗将导电衬底按所需尺寸切割，依次用去污剂溶液、去离子水、丙酮、乙醇和异丙醇分别连续清洗蚀刻后的基底，并用N2气流干燥；在旋涂致密TiO2之前，清洁的基底经历紫外臭氧处理15
‑
25min存放备用；步骤2：致密层的制备将步骤1清洗后的导电衬底置于匀胶机内，用移液枪吸取致密层前驱溶液滴在衬底上，通过旋涂稀释在正丁醇中的0.1
‑
0.2μm二异丙氧基双乙酰丙酮钛形成20
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25nm厚的TiO2薄层，随后在120
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150℃的热板上热处理5
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15min，并在空气中退火，获得TiO2致密层；步骤3：介孔层的制备采用旋涂工艺在步骤2制备所得TiO2致密层上旋涂介孔层浆料，获得100
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300nm厚的介孔TiO2层，旋涂速度3500
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4500rpm，然后在空气中烧结，将所获得的FTO/c
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TiO2/m
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TiO2衬底进一步经受紫外臭...
【专利技术属性】
技术研发人员：周儒，刘新年，周钧天，卞默然，王长雪，毛小丽，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
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