[發明專利]一種基于檸檬酸/SnO2

有效

• 申請號: 201811022717.0
• 申請日: 2018-09-03
• 公開（公告）號: CN109216557B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 趙奎;牛天啟;陸靜;劉生忠
• 申請（專利權）人: 陜西師范大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明公開了一種基于檸檬酸/SnO₂電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法；該制備方法利用檸檬酸的羧基與錫離子的絡合作用，通過高溫反應形成聚酯化的絡合物，將其作為鈣鈦礦太陽能電池的電子傳輸層材料，相較于以往的SnO₂電子傳輸層，平整的襯底表面，有利于鈣鈦礦薄膜結晶質量的提升，減少了水汽從晶界處進入，最終使其展現出良好的空氣穩定性。有效地提升了SnO₂的電子提取速率，抑制了載流子在界面處堆積及復合損失，改善了器件的串并聯電阻，并最終獲得最高19.52％的光電轉化效率。其低廉的成本、優異的光電性能及器件效率將有助于推動鈣鈦礦太陽電池走向商業應用。

【技術領域】

本發明屬于太陽能光伏技術領域，具體涉及一種基于檸檬酸/SnO₂電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。

【背景技術】

鈣鈦礦具有高消光系數、高載流子遷移率、低激子結合能以及易溶液法制備等諸多優點，近年來受到研究人員的廣泛關注，目前的鈣鈦礦太陽能電池的認證效率不斷升高，最高已達23.3％。在鈣鈦礦電池器件中，電子傳輸層介于鈣鈦礦吸收層與電極材料之間，在載流子的分離提取及阻擋空穴向陰極方向移動方面起到重要的作用。通過選取新型高效的電子傳輸層材料，平衡器件對電子空穴的提取速率，降低界面處電荷堆積所引發的載流子非輻射復合，從而極大程度地改善器件的遲滯效應。同時，高效的電子傳輸層還能有效地抑制鈣鈦礦在降解過程中的電荷遷移，提升器件整體的穩定性。

目前，針對常用的電子傳輸層材料：致密型的二氧化鈦(TiO₂)、二氧化錫 (SnO₂)，易于低溫制備，但效率往往低于介孔結構器件，且遲滯現象嚴重；介孔型的TiO₂等材料，制備溫度較高、工藝過程較為復雜，不利于大規模及柔性化生產；PCBM等富勒烯及其衍生物材料，價格昂貴，且較高的價帶位置難以起到空穴阻擋層的作用。其中，針對應用廣泛的SnO₂電子傳輸層，傳統的SnO₂膠體溶液旋涂制備的SnO₂薄膜，表面會不可避免地出現SnO₂膠體的團聚現象，這會嚴重影響SnO₂在FTO襯底表面的鋪展均勻性，產生漏電流。同時，SnO₂表面過多的缺陷會在光生電子注入SnO₂過程中，產生大量的電荷堆積，從而造成嚴重的界面復合損耗，影響器件性能。

因此，制備一種工藝簡單、均勻性好、電導率及能級匹配度高的SnO₂基電子傳輸層材料，目前仍是實現高效穩定鈣鈦礦太陽能電池制備的重要課題之一。

【發明內容】

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種基于檸檬酸/SnO₂電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法，該電池將形成的檸檬酸/SnO₂絡合物作為鈣鈦礦太陽能電池的電子傳輸層材料，有效地提升了SnO₂的電荷提取速率，提高了電池器件的光電轉化效率。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種基于檸檬酸/SnO₂電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池，該太陽能電池的結構從下至上依次為FTO玻璃襯底、檸檬酸/SnO₂電子傳輸層、鈣鈦礦吸收層、空穴傳輸層和電極；其中，檸檬酸/SnO₂電子傳輸層為檸檬酸和SnO₂的聚酯化絡合物。

一種基于檸檬酸/SnO₂電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，包括以下步驟：

S1、清洗并干燥FTO玻璃基底，作為FTO玻璃襯底備用；