[發明專利]一種SnO2量子點電子傳輸層鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法有效

申請號：	201710022910.3	申請日：	2017-01-12
公開（公告）號：	CN106784329B	公開（公告）日：	2019-10-11
發明（設計）人：	方國家;楊光;陳聰;姚方;張琪;鄭小璐	申請（專利權）人：	武漢大學
主分類號：	H01L51/42	分類號：	H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
代理公司：	武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222	代理人：	汪俊鋒
地址：	430072 湖***	國省代碼：	湖北;42
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種 sno2 量子電子傳輸層鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法
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【說明書】：

本發明涉及一種SnO₂量子點電子傳輸層鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法，屬于光電子材料與器件領域。包括透明導電襯底、電子傳輸層、鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸層和金屬電極，所述的電子傳輸層是SnO₂量子點或Mg摻雜的SnO₂量子點在100~185℃退火所得。所述的SnO₂量子點是SnCl₂?2H₂O和硫脲溶解在水中攪拌所得。該結構很容易制備出高效和重復性好的平面鈣鈦礦太陽能電池。通過這種方法制備出了18.93%光電轉換效率的平面剛性鈣鈦礦太陽能電池和轉換效率為16.12%的柔性鈣鈦礦太陽能電池。為將來柔性電池卷對卷的大面積制備打下了堅實的基礎。

技術領域

本發明涉及一種SnO₂量子點電子傳輸層鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法，屬于光電子材料與器件領域。

背景技術

近年來，能源危機變得越來越緊迫，清潔能源的研究變得越來越迫切。清潔能源包括太陽能、風能、水電能等。太陽能由于取之不盡用之不竭，而光伏電池能將太陽能直接轉化為電能具有很大的應用前景。目前的太陽能電池由硅太陽能電池發展到現今較為成熟的有機太陽能電池、染料敏化太陽能電池和銅銦鎵錫太陽能電池等。但目前這些電池在應用方面還存在成本高、穩定性差等很多問題，所以太陽能的開發和利用還處在起步階段，有關太陽能電池的研究也很迫切，國內外投入了很多的研究精力，都希望在太陽能電池領域能取得巨大的突破。

鈣鈦礦電池近年來發展迅速，由于具有很高的光電轉化效率，在國內外引起了空前巨大的研究熱潮，并且已經取得了很多的研究成果。鈣鈦礦吸光材料具有高的載流子遷移率、帶隙可調、溶液法制備以及高的吸收系數等特點，所以鈣鈦礦電池可以獲得高的短路電流、開路電壓和填充因子。目前，這一領域的迅速發展吸引了來自世界各國科學家們的研究興趣。

電子傳輸層在鈣鈦礦太陽能電池中扮演著十分重要的角色，其光學、電學性能以及自身的穩定性，可以直接影響鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率和穩定性。正置鈣鈦礦太陽能電池通常使用高溫制備的TiO₂作為電子傳輸層，其制備工藝復雜、成本高，不利于鈣鈦礦產業化和柔性器件的發展。同時TiO₂的電子遷移率比較低，不利于電子的傳輸和收集。近兩年，SnO₂作為一個性能優異的電子傳輸層材料，受到了研究者們廣泛的關注。通過使用SnCl₂.H₂O溶解在乙醇溶液中進行水解形成溶膠(sol-gel工藝)，來制備高效的SnO₂電子傳輸層已經有報道(專利號：CN 104157788 A)(Weijun Ke,Guojia Fang,Qin Liu,LiangbinXiong,Pingli Qin,HonTao,JingWang,Hongwei Lei,Borui Li,Jiawei Wan,Guang Yang,Yanfa Yan. Low-Temperature Solution-Processed Tin Oxide as an AlternativeElectron Transporting Layer for Efficient Perovskite Solar Cells.Journal ofthe American Chemical Scociety. 2015))。但是，這個水解過程可控性很差，且易受外界環境的影響。結果導致基于這種方法SnO₂電子傳輸層制備的可控性和重復性較差；薄膜表面易出現較大的白色顆粒(見文獻Weijun Ke,Dewei Zhao,Alexander J.Cimaroli,CoreyR.Grice， Pingli Qin,Qin Liu,Liangbin Xiong,Yanfa Yan and Guojia Fang,Effectsof Annealing Temperature of Tin Oxide Electron Selective Layers on thePerformance of Perovskite Solar Cells,Journal of Materials Chemistry A,2015,3,24163)，導致鈣鈦礦太陽能電池的重復性不是十分理想，并且180℃的退火溫度對于柔性朔料襯底來說還是高了一些。最近的研究結果顯示，使用商業購買的SnO₂納米顆粒作為電子傳輸層可以制備出高效的平面鈣鈦礦電池(JB You,Enhanced electron extractionusing SnO₂for high-effciency planar-structure HC(NH₂)₂PbI₃-based perovskitesolar cells. Nature Energy.2016,16177)。但是，基于這種商業購買的SnO₂納米顆粒的電子傳輸層不易于進一步的進行調控和改性來改善其電荷傳輸性能、優化能帶匹配。所以，發明一種工藝流程簡單、更低溫、制備成本更低、易重復、可調控、高效的 SnO₂電子傳輸層制備方法以及制備出高效的平面鈣鈦礦電池是十分有必要的。