本发明专利技术属于钙钛矿太阳电池领域，公开了一种钙钛矿太阳电池二氧化锡电子传输层钝化材料的制备及应用。本发明专利技术用生物质尤其是木素为原料，经H2O2预氧化后再跟氨水进行水热反应，制备了一种表面富含C＝O键的碳点。将该碳点掺杂到钙钛矿太阳电池二氧化锡电子传输层SnO2中，可有效钝化SnO2电子传输层缺陷，降低能量势垒并提高ETL的电子迁移率，从而提高钙钛矿太阳电池的光伏性能，器件电子传输层的电子迁移率提升了3.5倍，缺陷态密度降低了11.8％，最大PCE可达20.91％。大PCE可达20.91％。大PCE可达20.91％。
【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳电池二氧化锡电子传输层钝化材料的制备及应用
[0001]本专利技术属于钙钛矿太阳电池(Perovskite solar cell,PSC)领域，特别涉及一种钙钛矿太阳电池二氧化锡电子传输层钝化材料的制备及应用。
技术介绍
[0002]钙钛矿太阳电池对于太阳能的高效利用对于可持续发展具有重要意义。钙钛矿太阳电池(PSC)因其优异的载流子迁移率，高吸收系数、长电子和空穴扩散长度等特点被认为是一种很有前途的一类新型太阳能电池。在目前的研究中，PSC的光电转换效率(PCE)已超过20％。传统上，PSC可分为介孔结构和平面异质结结构。平面异质结型PSC能够在低温下通过溶液制备，其工艺较为简单且成本较低，比介孔型PSC具有一定的优势，因此逐渐受到研究人员的广泛关注。在平面异质结PSC中，电子传输层(ETL)是重要的结构，其作用是从功能层中提取电子并阻挡空穴。据研究，缺少ETL的PSC器件的光电转换效率会降低2.7％，并且没有稳定的功率输出。所以ETL对于PSC器件的效率和稳定性方面十分重要。最常用于制备ETL的材料是TiO2，ZnO，SnO2等氧化物半导体。在所有这些材料中，SnO2具有更宽的带隙、可见光范围内的高透光率、高电子迁移率、低导带偏移等优势，因此更适合用作ETL。然而，SnO2晶体本身主要具有氧空位缺陷(O2‑
氧负离子的缺失)，通常这些缺陷状态在加工过程中自然发生，并且是影响薄膜电性能的关键因素。从器件的角度来看，这些不可避免的缺陷会产生电荷陷阱并诱导电荷积累在于ETL和钙钛矿层的本体和界面处，导致非辐射复合和降低电荷提取效率。此外，由于界面接触不良和界面缺陷引起的电荷积累，会产生严重的器件滞后现象。因此，用适当的方法钝化缺陷，进一步提高SnO2电子传输层的电荷提取效率对提高PSC器件性能是极为重要的。
[0003]在目前的研究中，对于SnO2缺陷的钝化主要分为两类方法：掺杂元素和使用钝化剂。掺杂元素主要是将金属元素掺入SnO2本体中以钝化SnO2缺陷，一定程度上调节SnO2能级，从而使得SnO2更好地匹配相邻的电极或钙钛矿层，例如Ru、Sb、Y、Zr等元素已被报道用于掺杂进SnO2中以钝化缺陷。但是，大多数报道的元素掺杂的选择主要是经验性的，其有效性主要通过PCE值来判断，并且这些金属元素价格高昂，大多还带有一定的毒性。另一方面，使用钝化剂来钝化SnO2的氧空位缺陷是一种新颖的思路。钝化剂的添加可以显着影响SnO2的电荷提取效率。目前常用的钝化剂有离子化合物、有机酸、高分子聚合物、碳材料等。其中碳材料因具有可控的费米能级，成本低，原料丰度，以及各种非凡特性的高度可调的结构，良好的电和热导率,化学稳定性和高电荷载流子迁移率等优势而备受关注。碳纳米管(CNT)或富勒烯虽然已被报道与SnO2混合制备ETL以改善电子传输性能，但CNT或富勒烯不易制备，且其电池器件的ETL的制备过程处于有机体系中，不易与分散在水中的SnO2纳米颗粒进行复合。碳点是一种新兴的碳材料，其因为具有优异的电子特性，例如光致电子转移和电子储库的特性而可被用于SnO2电子传输层的钝化。例如葡萄糖、胱氨酸为原料制备了碳点已经用于SnO2电子传输层的钝化，但是其电池器件的PCE提高程度较低。总之，以上的研究均
存在一些不足，掺杂元素的方法大多使用价格昂贵且带有毒性的重金属元素，碳纳米管或富勒烯等材料不易制备且不易与分散在水中的SnO2混合，而碳点虽然是SnO2的优异钝化材料，但现阶段的报道中均使用传统原料制备碳点，且对电池器件的PCE提高程度较低。
技术实现思路
[0004]为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种钙钛矿太阳电池二氧化锡电子传输层钝化材料的制备方法。
[0005]本专利技术另一目的在于提供上述方法制备的钙钛矿太阳电池二氧化锡电子传输层钝化材料。
[0006]本专利技术再一目的在于提供上述钙钛矿太阳电池二氧化锡电子传输层钝化材料在PSC中的应用。
[0007]本专利技术的目的通过下述方案实现：
[0008]一种钙钛矿太阳电池二氧化锡电子传输层钝化材料的制备方法，其包括以下步骤：
[0009](1)将木素分散于水中，然后加入双氧水进行反应；
[0010](2)向步骤(1)反应结束后的反应液中加入氮掺杂剂，然后将所得混合溶液转移到衬有特氟龙的高压釜中进行反应，反应结束后得到以木素为碳源制备的氮掺杂的碳点，即所述钙钛矿太阳电池二氧化锡电子传输层钝化材料。
[0011]步骤(1)中所述的木素含有大量芳环结构、醚键和不饱和键，经过了H2O2预氧化和水热反应后，可以得到含有大量C＝O双键的碳点。
[0012]步骤(1)中所述的双氧水可以为纯的H2O2，也可以为H2O2的水溶液；步骤(1)中加入H2O2后形成的混合液中木素、水以及H2O2的用量满足：每1g的木素对应使用10
‑
50mL水以及1
‑
10mL的H2O2，其中H2O2的量是指纯的H2O2的量，当使用不同浓度的H2O2水溶液时，可以根据其浓度对水以及H2O2水溶液的用量进行相应的换算。
[0013]步骤(1)中所述的反应是指在避光条件下于18
‑
25℃反应10
‑
20h，优选为在25℃的避光环境中搅拌反应12小时。
[0014]步骤(2)中所述的氮掺杂剂可对碳材料掺氮，调节碳材料的表面活性；所述氮掺杂剂优选为氨水，用量为每1g木素对应使用5
‑
15mL的氨水，其中氨水的浓度为20
‑
30％。
[0015]步骤(2)所述反应是指在150
‑
200℃反应10
‑
20h，优选为在180℃下碳化12h。
[0016]步骤(2)反应结束后还包括如下具体步骤：反应结束后将溶液冷却至室温，以12000rpm离心20分钟，以除去不溶的大颗粒并收集浅褐色的上清液，并用0.22μm尼龙膜注射器式过滤器过滤溶液，然后冷冻干燥成粉末状，得到以木素为碳源制备的碳点，即所述钙钛矿太阳电池二氧化锡电子传输层钝化材料。
[0017]一种由上述方法制备得到的钙钛矿太阳电池二氧化锡电子传输层钝化材料，即CD1钝化剂。
[0018]上述的钙钛矿太阳电池二氧化锡电子传输层钝化材料(即CD1钝化剂)在制作PSC器件中的应用，尤其是在制备PSC器件中的ETL材料中的应用。
[0019]一种含有CD1钝化剂的PSC器件，其由上述钙钛矿太阳电池二氧化锡电子传输层钝化材料制备得到，具体包括以下步骤：
[0020](1)将ITO玻璃超声清洗，然后干燥备用；
[0021](2)将纳米SnO2与CD1水溶液混合，将混合后的分散液旋涂在ITO玻璃基板上，退火以制备SnO2/CD1电子传输层；
[0022](3)将配置好的钙钛矿前驱液均匀旋涂在SnO2/CD1电子传输层上，退火以制备钙钛矿光吸收层；
[0023](4)再将配置好的Spi本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳电池二氧化锡电子传输层钝化材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将木素分散于水中，然后加入双氧水进行反应；(2)向步骤(1)反应结束后的反应液中加入氮掺杂剂，然后将所得混合溶液转移到衬有特氟龙的反应釜中进行反应，反应结束后得到以木素为碳源制备的氮掺杂的碳点，即所述钙钛矿太阳电池二氧化锡电子传输层钝化材料。2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳电池二氧化锡电子传输层钝化材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的双氧水为纯的H2O2或H2O2的水溶液；步骤(1)中加入双氧水后形成的混合液中木素、水以及H2O2的用量满足：每1g的木素对应使用10
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50mL水以及1
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10mL的H2O2，其中H2O2的量是指纯的H2O2的量，当使用不同浓度的H2O2水溶液时，根据其浓度对水以及H2O2水溶液的用量进行相应的换算。3.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳电池二氧化锡电子传输层钝化材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述反应是指在18
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25℃反应10
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20h，优选为在25℃的避光环境中搅拌反应12小时。4.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳电池二氧化锡电子传输层钝化材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述的氮掺杂剂为氨水，用量满足每1g木素对应使用5
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15mL的氨水，其中氨水的浓度为20
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30％。5.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳电池二氧化锡电子传输层钝化材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述反应是指在150
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200℃反应10
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20h，优选为在180℃下碳化12h。6.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳电池...
【专利技术属性】
技术研发人员：陶劲松，薛启帆，房东君，牛天启，刘浩，
申请(专利权)人：安徽粤智徽源生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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