一种复合电子传输层及其制备方法和一种太阳能电池及其制备方法技术

本申请涉及一种复合电子传输层及其制备方法和一种太阳能电池及其制备方法，本发明专利技术中通过涂覆一层TiO2对ZnO进行表面包裹，提高了ZnO电子传输层的长期稳定性，进而提高了电池的稳定性，且能够短暂耐酸、碱环境下钙钛矿前驱体溶液对ZnO的腐蚀，拓宽了钙钛矿层的前驱体试剂和浓度的使用范围，且可以在柔性聚合物等柔性导电基材上制备。在保证完全覆盖ZnO的情况下，考虑到需要完全覆盖厚度为25～35nm的ZnO，TiO2的厚度在5～10nm。的厚度在5～10nm。的厚度在5～10nm。

【技术实现步骤摘要】
一种复合电子传输层及其制备方法和一种太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及太阳能电池
，特别是涉及一种复合电子传输层及其制备方法和一种太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池基于染料敏化太阳能电池发展而来，因钙钛矿电池的理论光电转换效率高，不需要液态电解质，电池稳定性好，有望可以产业化。但是想要实现钙钛矿电池产业化，在提高钙钛矿电池的光电转换效率的同时也需要提高钙钛矿电池的长期工作稳定性，延长电池的使用寿命。
[0003]目前大部分的高效钙钛矿电池使用的电子传输层是致密的TiO2材料。由于TiO2的缺陷态较多，电子与空穴容易复合，造成钙钛矿电池的电流密度衰减，降低太阳能电池的光电转换效率。因此为了制备致密的TiO2层，需要对TiO2层进行400℃～600℃高温烧结。目前柔性基材PEN和PET耐热温度约150℃，因此无法在PEN和PET上制备致密TiO2，难以制备柔性钙钛矿电池。
[0004]ZnO因具有优异的离子迁移率和较宽的禁带，属于直接宽带隙半导体材料，可以作为太阳能电池的电子传输层材料。与TiO2相比，常温下ZnO的离子迁移率约220cm2·
V
‑1·
s
‑1，高于TiO2的电子迁移率10cm2·
V
‑1·
s
‑1；ZnO的禁带宽度3.37eV左右，稍高于TiO2的禁带宽度3.22eV；且ZnO具有更多的晶体形貌，易低温制备。因此ZnO在柔性和高效太阳能电池中的潜力巨大。
[0005]在常规架构n
‑
i
‑
p型钙钛矿电池中，钙钛矿层直接在电子传输层上制备，会与电子传输层接触。而在涉及到利用液相法制备钙钛矿层中，为了方便调控钙钛矿层的形貌和性能，经常会在钙钛矿前驱体中加入酸性添加剂，例氢碘酸HI、盐酸HCl等。
[0006]由于ZnO为两性氧化物，在酸、碱性条件下均会发生反应。而在常规架构n
‑
i
‑
p型钙钛矿电池中，钙钛矿层直接在ZnO电子传输层上制备，因此在溶液法制备钙钛矿层中会限制钙钛矿前驱体中溶剂的成分，且使用ZnO电子传输层制备的钙钛矿电池的长期稳定性较差。

技术实现思路

[0007]基于此，提供一种复合电子传输层及其制备方法和一种太阳能电池及其制备方法，以便提高在采用溶液法制备钙钛矿层时保证电子传输层的稳定性，进而保证太阳能电池的稳定性。
[0008]本专利技术提出一种复合电子传输层，其结构由下至上为ZnO层和TiO2层；其中ZnO层被TiO2层包裹，ZnO层的厚度为25～35nm，TiO2层的厚度为5～10nm。
[0009]本专利技术还提出一种前述的复合电子传输层的制备方法，包括如下步骤：
[0010]采用两步旋涂法依次涂布ZnO和TiO2或者采用磁控溅射法依次溅射ZnO和TiO2，得到复合电子传输层；
[0011]其中采用两步旋涂法依次涂布ZnO和TiO2得到复合电子传输层的方法包括：
[0012]S1、制备ZnO溶胶和TiO2溶胶；
[0013]S2、采用热旋涂法在洁净干燥的透明导电基材上旋涂一层ZnO溶胶，得到ZnO层；
[0014]S3、采用热旋涂法在ZnO层上旋涂一层TiO2溶胶，最终得到TiO2层包裹的ZnO电子传输层；
[0015]其中采用磁控溅射法依次溅射ZnO和TiO2得到复合电子传输层的方法包括：
[0016]将洁净干燥的透明导电基材放置在镀膜腔体中，抽真空至真空度低于5E10
‑4Pa，通入高纯氩气和氧气至真空度0.1～10Pa，使用中频或者射频溅射电源，依次溅射ZnO靶和Ti靶，在透明导电基材上依次沉积ZnO和TiO2薄膜，得到复合电子传输层。
[0017]优选地，S1具体包括如下步骤：
[0018]一、制备ZnO溶胶：
[0019]配制二水乙酸锌的甲醇溶液和氢氧化钾的甲醇溶液；其中，二水乙酸锌的甲醇溶液中二水乙酸锌的质量分数为1～10％，氢氧化钾的甲醇溶液中氢氧化钾的质量分数为1～10％；
[0020]将二水乙酸锌的甲醇溶液水浴加热至62～67℃，在磁力搅拌下，缓慢滴加氢氧化钾的甲醇溶液；其中，二水乙酸锌的甲醇溶液与氢氧化钾的甲醇溶液的质量比为(1：1)～(4：1)；其中氢氧化钾的甲醇溶液的滴加速率为0～5mL/s；
[0021]水浴反应2～5小时，生成ZnO白色沉淀，静置等待混合溶液分层后，取底层ZnO白色沉淀并混合在甲醇溶液中得到ZnO浑浊液；
[0022]将ZnO浑浊液放入离心机中，设置离心机转速8000～15000r/min，离心时间5～20min；
[0023]使用甲醇将离心后得到的ZnO洗涤3～5遍；
[0024]最后将洗涤后的ZnO分散在正丁醇和氯仿的混合溶液中，得到ZnO溶胶；其中ZnO、正丁醇和氯仿的质量比为(5：90：5)～(20：75：5)；
[0025]二、制备TiO2溶胶：
[0026]将双(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯溶解于叔丁醇溶剂中，得到TiO2溶胶。其中，双(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯与叔丁醇的质量比为(1：99)～(10：90)。
[0027]优选地，S2具体包括如下步骤：
[0028]将洁净干燥的透明导电基材放置在150℃加热的匀胶机中，以1000r/min～5000r/min转速在透明导电基材上旋涂一层ZnO溶胶；透明导电基材为ITO玻璃、FTO玻璃、AZO玻璃、ITO
‑
PEN或ITO
‑
PET中的一种或多种；
[0029]通过控制匀胶机转速和滴加ZnO溶胶的体积，使得ZnO层的厚度在25～35nm。
[0030]优选地，S3具体包括如下步骤：
[0031]将包括ZnO层的透明导电基材放置在150℃加热的匀胶机中，以2000r/min～5000r/min转速下旋涂一层TiO2溶胶，旋涂时间30～60s，再加热10～30min，最终获得TiO2层包裹的ZnO电子传输层；其中TiO2层的厚度为5～10nm，TiO2层包裹的ZnO电子传输层的总体膜层厚度为30～45nm。
[0032]本专利技术还提出一种包含前述的复合电子传输层的太阳能电池，其结构自下而上依次为：
[0033]透明导电基材、复合电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和对电极。
[0034]本专利技术还提出一种前述的太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
[0035]1)在清洁干燥的透明导电基材上制备复合电子传输层；
[0036]2)在复合电子传输层上制备钙钛矿吸光层；
[0037]3)在钙钛矿层上制备空穴传输层；
[0038]4)在空穴传输层上制备对电极，完成太阳能电池的制备。
[0039]优选地，步骤2)具体包括如下步骤：
[0040]将PbI2和HCl溶于DMF溶剂中制备得到PbI2‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合电子传输层，其特征在于，所述复合电子传输层的结构由下至上为：ZnO层和TiO2层；所述ZnO层被所述TiO2层包裹；所述ZnO层的厚度为25～35nm，所述TiO2层的厚度为5～10nm。2.一种如权利要求1所述的复合电子传输层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：采用两步旋涂法依次涂布ZnO和TiO2或者采用磁控溅射法依次溅射ZnO和TiO2，得到复合电子传输层；其中采用两步旋涂法依次涂布ZnO和TiO2得到复合电子传输层的方法包括：S1、制备ZnO溶胶和TiO2溶胶；S2、采用热旋涂法在洁净干燥的透明导电基材上旋涂一层ZnO溶胶，得到ZnO层；S3、采用热旋涂法在ZnO层上旋涂一层TiO2溶胶，最终得到TiO2层包裹的ZnO电子传输层；其中采用磁控溅射法依次溅射ZnO和TiO2得到复合电子传输层的方法包括：将洁净干燥的透明导电基材放置在镀膜腔体中，抽真空至真空度低于5E10
‑4Pa，通入高纯氩气和氧气至真空度0.1～10Pa，使用中频或射频溅射电源，依次溅射ZnO靶和Ti靶，在透明导电基材上依次沉积ZnO和TiO2薄膜，得到复合电子传输层。3.一种如权利要求2所述的复合电子传输层的制备方法，其特征在于，所述S1具体包括如下步骤：一、制备ZnO溶胶：配制二水乙酸锌的甲醇溶液和氢氧化钾的甲醇溶液；其中，二水乙酸锌的甲醇溶液中二水乙酸锌的质量分数为1～10％，氢氧化钾的甲醇溶液中氢氧化钾的质量分数为1～10％；将二水乙酸锌的甲醇溶液水浴加热至62～67℃，在磁力搅拌下，缓慢滴加氢氧化钾的甲醇溶液；其中，二水乙酸锌的甲醇溶液与氢氧化钾的甲醇溶液的质量比为(1：1)～(4：1)；其中氢氧化钾的甲醇溶液的滴加速率为0～5mL/s；水浴反应2～5小时，生成ZnO白色沉淀，静置等待混合溶液分层后，取底层ZnO白色沉淀并混合在甲醇溶液中得到ZnO浑浊液；将ZnO浑浊液放入离心机中，设置离心机转速8000～15000r/min，离心时间5～20min；使用甲醇将离心后得到的ZnO洗涤3～5遍；最后将洗涤后的ZnO分散在正丁醇和氯仿的混合溶液中，得到ZnO溶胶；其中ZnO、正丁醇和氯仿的质量比为(5：90：5)～(20：75：5)；二、制备TiO2溶胶：将双(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯溶解于叔丁醇溶剂中，得到TiO2溶胶；其中，双(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯与叔丁醇的质量比为(1：99)～(10：90)。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述S2具体包括如下步骤：将洁净干燥的透明导电基材放置在150℃加热的匀胶机中，以1000r/min～5000r/min转速在透明导电基材上旋涂一层ZnO溶胶；所述透明导电基材为ITO玻璃、FTO玻璃、AZO玻璃、ITO
‑
PEN或ITO
‑
P...

【专利技术属性】
技术研发人员：来华杭，郭峰，王正安，王铭杰，朱冰冰，谢斌斌，
申请(专利权)人：杭纳半导体装备杭州有限公司，
类型：发明
国别省市：