倒置结构钙钛矿太阳能电池电子传输层用涂层剂及倒置结构钙钛矿太阳能电池制造技术

本发明专利技术涉及一种电子传输层(或电子传递层)形成用涂层剂，即，涉及提供制成分散有表面改性的金属氧化物纳米粒子的分散液形式的涂层剂且利用其形成电子传输层的倒置结构钙钛矿。矿。矿。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】倒置结构钙钛矿太阳能电池电子传输层用涂层剂及倒置结构钙钛矿太阳能电池


[0001]本专利技术涉及太阳能电池电子传输层形成用涂层剂及包括利用其形成的电子传输层的倒置结构钙钛矿太阳能电池。

技术介绍

[0002]为解决化石能源的枯竭及其利用所带来的全球环境问题，如太阳能、风能、水能等可再生清洁替代能源的研究正在积极展开。
[0003]其中，对直接从太阳光转换电能的太阳能电池的兴趣大大增加。在此，太阳能电池是指利用通过吸收来自太阳光的光能产生电子和空穴的光伏效应产生电流
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电压的电池。
[0004]目前，已经可以制造出光能转换效率超过20％的基于n
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p二极管型硅(Si)单晶的太阳能电池并应用于实际太阳能发电，也有使用与其相比转换效率更高的如砷化镓(GaAs)等的化合物半导体的太阳能电池。然而，由于这些基于无机半导体的太阳能电池需要以高纯度精炼的材料以实现高效率，因此精炼原材料会消耗大量能源，并且在使用原材料进行单晶化或薄膜化的过程中需要昂贵的工艺设备，因此，在降低太阳能电池制造成本方面存在局限性，这一直是大规模使用的障碍。
[0005]因此，为了以低成本制造太阳能电池，有必要大幅降低主要用于太阳能电池的材料或制造工艺的成本，作为基于无机半导体的太阳能电池的替代品，正在研究可以用低成本材料和工艺制造的钙钛矿太阳能电池。
[0006]最近，已经开发出使用钙钛矿结构的卤素化合物即(NH3CH3)PbX3(X＝I、Br、Cl)作为光敏材料的钙钛矿太阳能电池，并且正在进行商业化研究。钙钛矿结构的一般结构式为ABX3结构，具有阴离子位于X位，大阳离子位于A位，小阳离子位于B位的结构。
[0007]作为分子式为(CH3NH3)PbX3的有机金属卤化物的钙钛矿太阳能电池在2009年首次被用作太阳能电池的光敏材料。此后，自从2012年研发出与现在结构相同的固态钙钛矿太阳能电池后，效率迅速提升。常规钙钛矿太阳能电池使用金属氧化物作为电子传输层，且主要使用如spiro
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OMETAD等的有机材料或高分子材料作为空穴传输层(HTL)。即，在如FTO等的透明电极上制造金属氧化物多孔膜或薄膜，涂上钙钛矿材料，再涂上空穴传输层，再沉积金(Au)或银(Ag)等电极层。
[0008]钙钛矿太阳能电池商业化的一个重要课题是确保稳定性和柔性(flexible)技术，通过在光敏层上部使用金属氧化物形成的现有的电子传输层在光敏层(或光吸收层)上部沉积或涂覆金属氧化物之后，在其上形成单独的有机粘合剂涂层。然而，在沉积形成金属氧化物时，制造工艺复杂且多步骤，大大提高制造成本，并且存在由于在沉积工艺过程中产生的物理和化学能量可能损坏光吸收层的缺点。另外，在形成有机粘合剂涂层的方法中，进行高温热处理以形成涂层，但是钙钛矿材料在200℃以上的高温下分解，还降低太阳能电池的柔性，从而缩小钙钛矿太阳能电池的应用范围。

技术实现思路

[0009]技术问题
[0010]本专利技术是为了克服上述问题而提出的，本专利技术旨在提供作为电子传输层(或电子传递层，Electron Transporting Layer，ETL)形成用涂层剂，且旨在提供制成分散有表面改性的金属氧化物纳米粒子的分散液形式的涂层剂且利用其形成电子传输层的倒置结构钙钛矿。
[0011]解决问题的方案
[0012]为解决上述问题，本专利技术涉及一种倒置结构钙钛矿太阳能电池电子传输层用涂层剂，其包括表面改性的金属氧化物分散在有机溶剂中的分散液。
[0013]作为本专利技术的一优选实施例，本专利技术的上述电子传输层用涂层剂可以包括0.50重量％至3.00重量％的表面改性的金属氧化物及残余量的有机溶剂。
[0014]作为本专利技术的一优选实施例，上述有机溶剂的介电常数可以为20以下。
[0015]作为本专利技术的一优选实施例，上述有机溶剂可以包括选自异丙醇、丁醇、2
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甲氧基乙醇及乙酸乙酯中的至少一种。
[0016]作为本专利技术的一优选实施例，上述表面改性的金属氧化物可以通过使金属氧化物纳米粒子与由下述化学式1表示的化合物反应而进行表面改性。
[0017][化学式1][0018][0019]在上述化学式1中，R1至R5独立地为氢原子或卤素原子，且n为0至5。
[0020]作为本专利技术的一优选实施例，上述金属氧化物纳米粒子可以包括包含选自锡(Sn)、锆(Zr)、锶(Sr)、锌(Zn)、钒(V)、钼(Mo)、钨(W)、铌(Nb)、铝(Al)及镓(Ga)中的一种或两种以上的金属的氧化物。
[0021]作为本专利技术的一优选实施例，上述金属氧化物纳米粒子的平均粒径可以为2nm至10nm。
[0022]本专利技术的另一目的涉及一种包括用如上所述的电子传输层用涂层剂形成的涂层的倒置结构钙钛矿太阳能电池电子传输层。
[0023]作为本专利技术的一个优选实施例，当上述涂层的厚度为20nm至30nm时，对500nm至550nm的波长的透光率(transmittance)可以为88％至95％。
[0024]本专利技术的再一目的涉及包括上述电子传输层的倒置结构钙钛矿太阳能电池。
[0025]作为本专利技术的一个优选实施例，倒置结构钙钛矿太阳能电池包括依次堆叠导电基板、漏极(drain electrode)、空穴传输层(Hole transport layer)、光吸收层、电子传输层(Electron Transporting Layer)及源极(source electrode)的结构。
[0026]作为本专利技术的一个优选实施例，倒置结构钙钛矿太阳能电池还可以包括位于上述光吸收层和电子传输层之间的钝化(passivation)层。
[0027]专利技术效果
[0028]由于本专利技术的电子传输层形成用涂层剂无需经过用于形成薄膜的高温处理过程，而通过200℃以下的低温热处理就可以形成厚度为1nm至20nm的超薄膜，因此可以防止钙钛矿光吸收层的损伤，由本专利技术的涂布液形成的电子传输层具有高薄膜均匀度，因此太阳能电池的开路电压(open
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circuit voltage，V
oc
)和填充因子(fill factor，FF)优异，因高透光率(transmittance)而短路电流(short
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circuit current，J
sc
)优异，因此可以制造光电转换效率优异的太阳能电池。
附图说明
[0029]图1为在实施例1中制备的SnO2纳米粒子的TEM测量图。
[0030]图2为在实施例1中制备的SnO2纳米粒子的XRD测量图表。
[0031]图3为在实施例1中制备的表面改性的SnO2纳米粒子的FT
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IR测量图表。
[0032]图4的(a)部分为将未改性的SnO2纳米粒子分散在异丙醇中而成的溶液的照片，图4的(b)部分为在实施例1中制备的电子传输层形成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种倒置结构钙钛矿太阳能电池电子传输层用涂层剂，其特征在于，包括表面改性的金属氧化物分散在有机溶剂中的分散液，上述有机溶剂的介电常数为20以下。2.根据权利要求1所述的倒置结构钙钛矿太阳能电池电子传输层用涂层剂，其特征在于，包括0.50重量％至3.00重量％的表面改性的金属氧化物及残余量的有机溶剂。3.根据权利要求1所述的倒置结构钙钛矿太阳能电池电子传输层用涂层剂，其特征在于，上述有机溶剂包括选自异丙醇、丁醇、2
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甲氧基乙醇及乙酸乙酯中的至少一种。4.根据权利要求1所述的倒置结构钙钛矿太阳能电池电子传输层用涂层剂，其特征在于，上述表面改性的金属氧化物通过使金属氧化物纳米粒子与由下述化学式1表示的化合物反应而进行表面改性：[化学式1]在上述化学式1中，R1至R5独立地为氢原子或卤素原子，且n为0至5。5.根据权利要求4所述的倒置结构钙钛矿太阳能电池电子传输层用涂层剂，其特征在于，上述金属氧化物纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：廉殷朱，郑光浩，
申请(专利权)人：韩华思路信，
类型：发明
国别省市：