以草酸亚锡为原料制备SnO2电子传输层薄膜的方法技术

本发明专利技术属于光电子材料与器件技术领域，涉及一种以草酸亚锡为原料制备SnO2电子传输层薄膜的方法，包括以下步骤：将透明导电衬底分别放入去离子水、酒精中超声清洗，然后放入烘箱中干燥；将草酸亚锡溶解于过氧化氢溶液中，将溶液超声、过滤，得到浓度为0.25~1mol/L的SnO2前驱体溶液；将SnO2前驱体溶液涂布到透明导电衬底上，在100~250℃下加热30min，得到高透光性的SnO2电子传输层薄膜。采用本发明专利技术制备的SnO2薄膜得到的钙钛矿电池的光电转换效率可达到20%以上，优于相同条件下使用商业化SnO2纳米颗粒制备的钙钛矿电池。纳米颗粒制备的钙钛矿电池。纳米颗粒制备的钙钛矿电池。

【技术实现步骤摘要】
以草酸亚锡为原料制备SnO2电子传输层薄膜的方法


[0001]本专利技术属于光电子材料与器件
，涉及一种以草酸亚锡为原料制备SnO2电子传输层薄膜的方法。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池具有低成本、高效率的特点。目前，钙钛矿太阳能电池的认证效率已经达到25.5％，可以媲美商业化的晶体硅太阳能电池，展现出巨大的商业化应用潜力。钙钛矿太阳能电池通常由电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和电极组成，其中电极包括透明导电电极和金属电极。
[0003]对于正型结构的钙钛矿太阳能电池，最常用的电子传输层通常包括TiO2，SnO2和 ZnO。相比于TiO2和ZnO而言，SnO2材料具有更高的电子迁移率、更高的光学透过率、更加合适的能带位置以及优异的化学稳定性，所以SnO2电子传输层越来越受到重视。制备 SnO2电子传输层的原材料通常有SnCl2、SnCl4、SnCl2·
2H2O、SnCl4·
5H2O以及商业化的 SnO2纳米颗粒溶液。使用SnCl2·
2H2O水解形成的溶胶可以制备得到SnO2电子传输层(公开号：CN104157788A)，但是，该水解过程可控性较差，容易受到外界环境的影响。将 SnCl2·
2H2O溶解到无水乙醇中，经过加热回流和长时间老化后，可以得到SnO2纳米颗粒，基于该方法制备的SnO2电子传输层的钙钛矿电池光电转换效率最高可以达到19.20％ (Qingshun Dong,Yantao Shi,Chunyang Zhang,Yukun Wu,Liduo Wang,Energetically favoredformation of SnO
2 nanocrystals as electron transfer layer in perovskite solar cells with highefficiency exceeding 19％，Nano Energy，2017)。但是，该方法操作复杂，耗时较长。使用商业化的SnO2纳米颗粒作为电子传输层，同样可以制备得到高效率、高稳定性的钙钛矿太阳能电池(Qi Jiang,Zema Chu,Pengyang Wang,Xiaolei Yang,Heng Liu,Ye Wang,Zhigang Yin, Jinliang Wu,Xingwang Zhang,Jingbi You,Advanced Materials,2017)。但是，商业化的SnO2纳米颗粒溶液成本较高、化学组成未知，不利于进一步优化钙钛矿电池的性能。综上所述，研究一种成本低廉、操作简单、化学组分可控的SnO2电子传输层对于进一步降低钙钛矿电池制作成本和提升钙钛矿电池的光电转换效率具有重要的意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种以草酸亚锡为原料制备SnO2电子传输层薄膜的方法，采用该SnO2薄膜得到的钙钛矿电池的光电转换效率可达到20％以上，优于相同条件下使用商业化SnO2纳米颗粒制备的钙钛矿电池。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供一种以草酸亚锡为原料制备SnO2电子传输层薄膜的方法，包括以下步骤：S1、将透明导电衬底分别放入去离子水、酒精中超声清洗，然后放入烘箱中干燥；S2、将草酸亚锡溶解于过氧化氢溶液中，将溶液超声、过滤，得到浓度为0.25～
1mol/L的 SnO2前驱体溶液；S3、将SnO2前驱体溶液涂布到透明导电衬底上，在100～250℃下加热30min，得到高透光性的SnO2电子传输层薄膜。
[0006]优选地，所述过氧化氢溶液的浓度为30％。
[0007]优选地，步骤3中加热温度为180℃。
[0008]优选地，步骤3中所述涂布采用旋涂、喷涂或印刷进行。
[0009]相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：本专利技术以草酸亚锡为原料，草酸亚锡溶解到过氧化氢中会放出热量，从而加速草酸亚锡的溶解，整个过程在短短的几分钟内完成，制备过程简单，相比采用SnCl2·
2H2O为原料制备，大大缩短了制备时间；相比采用商业SnO2纳米颗粒作为电子传输层，成本大大降低。
[0010]本专利技术以草酸亚锡为原料，反应过程中仅仅产生二氧化碳和水，不产生其它有毒有害物质，具有绿色环保的特点。
[0011]采用本专利技术制备的SnO2薄膜得到的钙钛矿电池的光电转换效率可达到20％以上，优于相同条件下使用商业化SnO2纳米颗粒制备的钙钛矿电池。
附图说明
[0012]图1为本专利技术实施例1制备的SnO2薄膜的X射线光电子能谱。
[0013]图2为本专利技术实施例2制备的SnO2薄膜的紫外可见透过率光谱。
[0014]图3为本专利技术实施例2不同量草酸亚锡制备的SnO2薄膜SEM图。
[0015]图4为本专利技术实施例3不同量草酸亚锡制备的SnO2薄膜制备得到的钙钛矿电池的开路电压、短路电流密度、填充因子和光电转换效率统计图。
[0016]图5为本专利技术实施例4中不同钙钛矿电池的光电转换效率统计对比图，其中 Reference代表商业化的SnO2电子传输层，Sn75代表草酸亚锡制备的SnO2电子传输层。
[0017]图6为本专利技术实施例4中不同钙钛矿电池的最佳电流密度
‑
电压曲线。其中Reference 代表商业化的SnO2电子传输层，Sn75代表草酸亚锡制备的SnO2电子传输层。
[0018]图7为本专利技术实施例5中不同加热温度下SnO2薄膜的SEM图。
具体实施方式
[0019]以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限定本专利技术的保护范围。若未特别指明，实施例中所用技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。下述实施例中的试验方法，如无特别说明，均为常规方法。
[0020]实施例11)将硅片切割成1cm
×
1cm的方块，然后依次用去离子水和酒精超声清洗，最后在烘箱内 80℃加热干燥。
[0021]2)称量155mg草酸亚锡，加入1mL、浓度30％的过氧化氢，超声15min，过滤后得到透明澄清、浓度为0.5mol/L的SnO2前驱体溶液。
[0022]3)将上述溶液旋涂到清洗干净的硅片衬底上。旋涂条件为3000rpm，30s。然后在 180℃下加热30min，得到SnO2薄膜。
[0023]使用XPS对制备得到的SnO2薄膜进行成分分析，如图1所示。从图1可以发现，薄膜的主要成分为Sn和O元素，C元素的含量非常低，表明通过该方法可以成功制备得到 SnO2薄膜。
[0024]实施例21)将FTO导电玻璃切割成2cm
×
2cm的方块，然后依次用去离子水和酒精超声清洗，最后在烘箱内80℃加热干燥。
[0025]2)分别称量51.7mg、103.4mg、155mg和206.7mg草酸亚锡，加入到1mL、浓度 30％的过氧化氢溶液中，待草酸亚锡完全溶解后超声15min，过滤后得到透明澄清，浓度分别为0.25mol/L、0.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以草酸亚锡为原料制备SnO2电子传输层薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将透明导电衬底分别放入去离子水、酒精中超声清洗，然后放入烘箱中干燥；S2、将草酸亚锡溶解于过氧化氢溶液中，将溶液超声、过滤，得到浓度为0.25~1mol/L的SnO2前驱体溶液；S3、将SnO2前驱体溶液涂布到透明导电衬底上，...

【专利技术属性】
技术研发人员：程念，李委委，余振，刘振，孙书杰，刘江峰，
申请(专利权)人：信阳师范学院，
类型：发明
国别省市：