一种复合电子传输层、制备方法以及太阳能电池技术

本申请涉及一种复合电子传输层、制备方法以及太阳能电池，该复合电子传输层包含金属元素M1的氧化物和金属元素M2的氧化物，其中，至少一部分所述金属元素M2的氧化物包覆于至少一部分所述金属元素M1的氧化物的表面上，其中，M1选自Zn、Ti、Sn、Ba、W、Co中的一种或多种；M2选自Ti、Sn、W、Ba和Co中的一种或多种。本申请采用一步法可以制备得到复合电子传输层，其具有较好的光电性能，简化了电子传输层的制备工艺，降低成本，便于进行大规模制备；并且该复合电子传输层有利于后继钙钛矿成膜生长，钙钛矿层的结晶性得到增强、晶粒尺寸分布更均匀，有利于得到性能更加优异的器件。利于得到性能更加优异的器件。

【技术实现步骤摘要】
一种复合电子传输层、制备方法以及太阳能电池


[0001]本申请涉及太阳能电池领域，特别是涉及钙钛矿太阳能电池领域，具体涉及一种复合电子传输层、制备方法以及太阳能电池。

技术介绍

[0002]有机
‑
无机杂化钙钛矿太阳能电池具有优异的光电转化效率，其效率已经达到约25.7％，其中，电子传输层极大地影响着载流子的提取和传输，在电池器件结构中起着重要的作用。常用的电子传输层有TiO2、SnO2、ZnO等，其中TiO2的电子迁移率较低，对电子的提取能力有限，并且TiO2存在着光催化降解特性，在长期光照条件下会破坏钙钛矿结构，不利于器件的长期运行稳定性；ZnO由于其表面存在的羟基和氧空位的同样也会造成钙钛矿的降解，制约器件的长期运行稳定性；SnO2虽然具有较高的电子迁移率，然而其与钙钛矿吸光层之间能级不匹配，容易在界面处发生载流子的复合，不利于高效率器件的制备。
[0003]此外，电子传输层与钙钛矿的接触界面也影响着器件的性能与长期稳定性。钙钛矿吸光层的埋底界面存在大量的缺陷，通过电子传输层的预处理虽然可以改善埋底界面的形貌以及修复部分缺陷，但是其预处理层容易在沉积钙钛矿活性层的过程中被破坏，其最终作用十分有限。
[0004]为了适应于钙钛矿太阳能电池的商业化应用，简便、可扩展、低成本的制备工艺，以及优异的光电性能是面向商业化应用的高性能电子传输层发展的重点。

技术实现思路

[0005]本申请提供一种复合电子传输层，包含金属元素M1的氧化物和金属元素M2的氧化物，其中，至少一部分所述金属元素M2的氧化物包覆于至少一部分所述金属元素M1的氧化物的表面上，其中，M1选自Zn、Ti、Sn、Ba、W、Co中的一种或多种；M2选自Ti、Sn、W、Ba和Co中的一种或多种；且金属元素M1和M2不同。
[0006]在一种实施方式中，所述金属元素M2的氧化物的摩尔数大于或者等于所述金属元素M1的氧化物的摩尔数，优选地，所述金属元素M2的氧化物与所述金属元素M1的氧化物的摩尔比3:1至1:1。
[0007]在一种实施方式中，所述复合电子传输层还包含胺类化合物，优选地，所述胺类化合物选自乙醇胺、乙二胺、二乙醇胺、三乙醇胺。
[0008]在一种实施方式中，所述胺类化合物与所述金属元素M1的摩尔比为1:1
‑
3:1。
[0009]本申请还提供复合电子传输层的制备方法，包括：
[0010]提供前驱液，所述前驱液包含金属元素M1的盐、金属元素M2的盐以及胺类化合物；
[0011]使所述前驱液经成膜、热裂解、退火处理，得到所述复合电子传输层。
[0012]在一种实施方式中，提供前驱液包括：
[0013]将金属元素M1的盐和胺类化合物分散在溶剂中，之后加入金属元素M2的盐。
[0014]在一种实施方式中，金属元素M1的盐选自金属元素M1的氯化物、溴化物、碘化物、硝
酸盐、硫酸盐、乙酸盐，金属元素M2的盐选自金属元素M2的氯化物、溴化物、碘化物、硝酸盐、硫酸盐、乙酸盐，胺类化合物选自乙醇胺、乙二胺、二乙醇胺、三乙醇胺。
[0015]在一种实施方式中，使所述前驱液经成膜、热裂解、退火处理包括：
[0016]使所述前驱液在基底上成膜；
[0017]使所述膜在100
‑
600℃热裂解，
[0018]之后退火，得到所述复合电子传输层。
[0019]本申请还涉及一种钙钛矿太阳能电池，包括：
[0020]导电基底；
[0021]本申请的复合电子传输层；
[0022]钙钛矿层；
[0023]空穴传输层；和
[0024]电极层。
[0025]本申请还提供制备钙钛矿太阳能电池的方法，包括：
[0026]提供导电基底，
[0027]在所述导电基底上形成复合电子传输层；
[0028]在所述复合电子传输层上形成钙钛矿层；
[0029]在所述钙钛矿层上形成空穴传输层；
[0030]形成电极层。
[0031]本申请采用一步法可以制备得到复合电子传输层，其具有较好的光电性能，简化了电子传输层的制备工艺，降低成本，便于进行大规模制备；并且该复合电子传输层有利于后继钙钛矿成膜生长，钙钛矿层的结晶性得到增强、晶粒尺寸分布更均匀、埋底界面低缺陷，有利于得到性能更加优异的器件。
附图说明
[0032]图1示出实施例1的S2所得的ZnO/SnO2复合电子传输层粉末的高分辨透射图；
[0033]图2示出对比例1
‑
2以及实施例1所得的电子传输层的薄膜形貌的SEM照片，其中，对比例1的薄膜形貌(SEM)如图2中a所示(以ZnO表示)，对比例2的薄膜形貌(SEM)如图2中c所示(以ZnO
‑
SnO2表示)，实施例1的薄膜形貌(SEM)如图2中b所示(以ZnO/SnO2表示)；
[0034]图3示出对比例1
‑
2以及实施例1所得的电子传输层的表面形貌的AFM图，示出各电子传输层薄膜的致密性，其中对比例1的照片如图3中a所示(以ZnO表示)，对比例2的照片如图3中c所示(以ZnO
‑
SnO2表示)，实施例1的照片如图3中b所示(以ZnO/SnO2表示)；
[0035]图4示出对比例1
‑
2以及实施例1所得的电子传输层的导电原子力显微镜(c
‑
AFM)照片，示出各电子传输层的表面导电性，其中对比例1的照片如图4中a所示(以ZnO表示)，对比例2的照片如图4中c所示(以ZnO
‑
SnO2表示)，实施例1的照片如图4中b所示(以ZnO/SnO2表示)；
[0036]图5示出对比例1
‑
2以及实施例1所得的电子传输层/钙钛矿层的表面形貌照片和粒径分布图，其中对比例1的表面形貌照片和粒径分布图分别如图5中a和d所示(以ZnO/PVK表示)，对比例2的表面形貌照片和粒径分布图分别如图5中c和f所示(以ZnO
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SnO2/PVK表示)，实施例1的表面形貌照片和粒径分布图分别如图5中b和e所示(以ZnO/SnO2/PVK表示)；
[0037]图6示出对比例1
‑
2以及实施例1所得的电子传输层/钙钛矿层的XRD图，其中对比例1以ZnO表示，对比例2以ZnO
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SnO2表示，实施例1以ZnO/SnO2表示；
[0038]图7示出实施例1中S4得到的形成钙钛矿层后的层状材料用DMF进行清洗，经历不同清洗次数(0次、1次和3次)的层状材料的拉曼光谱图；
[0039]图8示出将实施例1中S1得到的前驱液的粉末、SnI4、FAI分散在DMF中的紫外
‑
可见光光谱图；其中，ZnO/SnO2+DMF表示将粉末单独分散在DMF中，FAI+DMF表示将FAI单独分散在DMF中，ZnO/SnO2+FA本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合电子传输层，包含金属元素M1的氧化物和金属元素M2的氧化物，其中，至少一部分所述金属元素M2的氧化物包覆于至少一部分所述金属元素M1的氧化物的表面上，其中，M1选自Zn、Ti、Sn、Ba、W、Co中的一种或多种；M2选自Ti、Sn、W、Ba和Co中的一种或多种；且金属元素M1与M2不同。2.根据权利要求1所述的复合电子传输层，其中，所述金属元素M2的氧化物的摩尔数大于或者等于所述金属元素M1的氧化物的摩尔数，优选地，所述金属元素M2的氧化物与所述金属元素M1的氧化物的摩尔比3:1至1:1。3.根据权利要求1所述的复合电子传输层，其中，所述复合电子传输层还包含胺类化合物，优选地，所述胺类化合物选自乙醇胺、乙二胺、二乙醇胺、三乙醇胺。4.根据权利要求3所述的复合电子传输层，其中，所述胺类化合物与所述金属元素M1的摩尔比为1:1
‑
3:1。5.权利要求1
‑
4中任一项所述的复合电子传输层的制备方法，包括：提供前驱液，所述前驱液包含金属元素M1的盐、金属元素M2的盐以及胺类化合物；使所述前驱液经成膜、热裂解、退火处理，得到所述复...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴炳辉，侯耀林，黄晓锋，尹君，李静，郑南峰，
申请(专利权)人：嘉庚创新实验室，
类型：发明
国别省市：