一种无退火效应的二氧化锡多孔结构钙钛矿光伏电池及其制备方法技术

本发明专利技术属于光电子材料与器件领域，特别是涉及一种无退火效应的二氧化锡多孔结构钙钛矿光伏电池及其制备方法，包括步骤：用二氧化锡溶胶制备多孔结构钙钛矿光伏电池的致密层和/或多孔层。本发明专利技术的无退火效应的二氧化锡多孔结构钙钛矿光伏电池包括衬底、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和电极；所述电子传输层为覆盖于衬底之上的无退火效应的二氧化锡致密层和覆盖于二氧化锡致密层上的二氧化锡多孔层。本发明专利技术直接将该量子点二氧化锡胶体进行较长时间的老化，并将老化的纳米结构的二氧化锡胶体制成二氧化锡多孔层，保留了其无退火效应的特性，同时颗粒增大后还提供了多孔层的支架结构。

【技术实现步骤摘要】
一种无退火效应的二氧化锡多孔结构钙钛矿光伏电池及其制备方法
本专利技术属于光电子材料与器件领域，特别是涉及一种无退火效应的二氧化锡(化学式：SnO2)多孔结构钙钛矿光伏电池及其制备方法。
技术介绍
2009年，日本科学家Miyasaka使用钙钛矿CH3NH3PbX3(X＝Br,I)取代染料敏化太阳能电池里面的液态电解液，首次装配了人类第一个钙钛矿电池(J.Am.Chem.Soc.2009,131,6050)。自此之后，各种不同结构的固态光伏器件得到了研发。目前，钙钛矿电池的常见结构主要有两大类：平面结构和多孔结构。平面结构钙钛矿太阳能电池类似三明治结构，由空穴传输层和电子传输层以及夹在二者之间的钙钛矿层构成。平面结构钙钛矿电池具有容易在低温下制备并在柔性光伏器件领域有潜在的应用的优点。然而，平面钙钛矿电池需要有一个表面光滑且结构致密的电子传输层并且能让钙钛矿层均匀覆盖在其之上，否则，制备的钙钛矿层容易出现或大或小的孔洞，这些孔洞易于导致载流子的复合，从而减低器件的性能。多孔结构的钙钛矿电池采用一种改装式的平面结构，可以看成是在原来平面结构的电子传输层上插入一层多孔氧化物。该多孔氧化物层要么作为惰性支架层，要么活性支架层。用于多孔结构钙钛矿电池的Al2O3(Science2012,338,643)和ZrO2(Nanoscale,2016,8,6209)多孔层仅仅作为一个支架层，让钙钛矿浸入其中，但不能起到输运电子的作用。活性支架层比如多孔二氧化钛(TiO2)层不仅仅能够让钙钛矿浸入其中，而且还能像TiO2致密层一样，能够选择性的从钙钛矿层中抽取电子，进一步提高钙钛矿电池的性能(Nature,2013,499,316)。相关研究表明从钙钛矿材料中抽取载流子时，抽取空穴比抽取电子更容易，因此，要装配高效率的钙钛矿电池，最好采用具有多孔电子传输层的多孔结构钙钛矿电池(NanoLett.2014,14,1000)。二氧化锡是一种很有希望的电子传输层材料，它在平面结构和多孔结构钙钛矿电池中都有应用。和传统TiO2比较，二氧化锡具有很多优点。比如二氧化锡的电子迁移率可高达240cm2/V·s，为TiO2的100倍以上，而且，比二氧化钛的导带位置更低(NanoEnergy,2016,30,517)。从这两点上看来，作为钙钛矿电池的电子传输层，它比TiO2更具有发展潜力。更重要的是，二氧化锡的带隙很宽，接近4.0eV，这意味着它对紫外光吸收甚微，因此，和TiO2相比，它透光性更好，且对器件的稳定性的影响更小。另外，由于二氧化锡多孔钙钛矿电池的稳定性要比多孔TiO2钙钛矿电池和二氧化锡平面钙钛矿电池的要好，因此，这使得二氧化锡多孔钙钛矿电池显得非常重要。但是，二氧化锡多孔钙钛矿电池(以二氧化锡为致密层和多孔层)的发展并不顺利，至目前为止，Dai研究小组(RSCAdv.2015,5,28424)和BartRoose研究小组(NanoEnergy,2016,30,517)报道了效率为6.5％和11.6％的高温过程二氧化锡多孔钙钛矿电池。本研究组报道了效率达19.3％的高温过程二氧化锡多孔钙钛矿电池(Adv.Function.Mater.,2018,28,1802757)。目前的二氧化锡多孔钙钛矿电池效率低的原因是因为在制备多孔二氧化锡过程中，需要通过高温手段对多孔二氧化锡进行处理，使得更好去除多孔二氧化锡里面所含的有机物及更好结晶，而高温处理过程往往使得电池的二氧化锡致密层性能退化，最终拉低了整个电池的性能(J.Mater.Chem.A,2015,3,24163)。在这种情况下，在制作高性能的二氧化锡多孔钙钛矿电池方面，二氧化锡材料的应用受到了很大的限制。
技术实现思路
基于此，本专利技术的目的在于，提供一种无退火效应的二氧化锡(化学式：SnO2)多孔结构钙钛矿光伏电池及其制备方法。本专利技术可以通过步骤简单、低成本的方法制备出具有多孔结构电子传输层的高效率钙钛矿电池，具有很好的光电转化效率和稳定性能。本专利技术的技术方案如下：一种无退火效应的二氧化锡(化学式：SnO2)的多孔结构钙钛矿光伏电池的制备方法，包括如下步骤：用二氧化锡溶胶制备多孔结构钙钛矿光伏电池的致密层和/或多孔层。进一步的，所述二氧化锡溶胶的制备方法，包括：将SnC2O4、C2H2O4、乙醇和水混合形成悬浮液，搅拌1～3天，得到二氧化锡溶胶；所述SnC2O4、C2H2O4、乙醇和水的质量体积比例为SnC2O4(g)：C2H2O4(g)：乙醇(mL)：水(mL)＝(1～5):(1～8):(20～200)：(4～40)。进一步的，所述“用二氧化锡溶胶制备多孔结构钙钛矿光伏电池的致密层”包括：用所述二氧化锡溶胶在衬底上形成二氧化锡溶胶层；将带二氧化锡溶胶层的衬底在200～500摄氏度下退火30分钟至3小时，形成所述的二氧化锡致密层。进一步的，所述“用二氧化锡溶胶制备多孔结构钙钛矿光伏电池的多孔层”包括：将二氧化锡溶胶进行老化处理；用老化处理后的二氧化锡溶胶在多孔结构钙钛矿光伏电池的致密层上制备二氧化锡多孔层。进一步的，在多孔结构钙钛矿光伏电池的致密层上制备二氧化锡多孔层的操作，包括：使老化的二氧化锡溶胶覆在致密层上；在200～500摄氏度下退火30分钟至3小时，即形成了二氧化锡多孔层。进一步的，所述二氧化锡溶胶的老化处理包括：将所述二氧化锡溶胶密封陈化1-6个月，得到老化的二氧化锡溶胶。进一步的，所述无退火效应二氧化锡的多孔结构钙钛矿光伏电池的制备方法，具体包括步骤：清洗衬底，用氮气吹干备用；在衬底上制备二氧化锡致密层；在二氧化锡致密层上制备二氧化锡多孔层；在所述二氧化锡多孔层上制备吸光层；在所述吸光层上制备空穴传输层；在所述空穴传输层上制备电极。进一步的，在所述二氧化锡多孔层上制备吸光层的操作包括：S1：将PbI2溶解在二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)的混合液里，60摄氏度下搅拌24小时，形成PbI2终浓度为1.3摩尔/升的混合溶液；S2：将S1形成的混合溶液覆在所述二氧化锡致密层上，70摄氏度退火1分钟，形成的PbI2层；S3：将碘甲醚(FAI)、溴甲胺(MABr)、氯甲胺(MACl)溶于异丙醇中形成混合液；将所述混合液旋涂(转速1500rmp，时间30s)到S2中形成的PbI2层上，在湿度为30-40％RH％的大气环境、145摄氏度条件下退火13分钟，即形成MACl修饰的FAPbI3钙钛矿吸光层。进一步的，所述步骤S1中，DMF与DMSO的体积比为9.5：0.5。进一步的，所述步骤S3中，所述FAI(mg)、MABr(mg)、MACl(mg)和异丙醇(ml)的比例为60：6：6：1。进一步的，所述“在所述吸光层上制备空穴传输层”包括；用匀胶机在MACl修饰的FAPbI3钙钛矿吸光层上旋涂(转速1500rmp，时间30s)一层空穴传输层溶液；所述的空穴传输层为2,2',7,7'本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无退火效应的二氧化锡多孔结构钙钛矿光伏电池的制备方法，其特征在于，包括步骤：用二氧化锡溶胶制备多孔结构钙钛矿光伏电池的致密层和/或多孔层。/n

【技术特征摘要】
1.一种无退火效应的二氧化锡多孔结构钙钛矿光伏电池的制备方法，其特征在于，包括步骤：用二氧化锡溶胶制备多孔结构钙钛矿光伏电池的致密层和/或多孔层。


2.根据权利要求1所述的无退火效应的二氧化锡多孔结构钙钛矿光伏电池的制备方法，其特征在于，所述二氧化锡溶胶的制备方法，包括：将SnC2O4、C2H2O4、乙醇和水混合形成悬浮液，搅拌1～3天，得到二氧化锡溶胶；所述SnC2O4、C2H2O4、乙醇和水的质量体积比例为SnC2O4(g)：C2H2O4(g)：乙醇(mL)：水(mL)＝(1～5):(1～8):(20～200)：(4～40)。


3.根据权利要求1所述的无退火效应的二氧化锡多孔结构钙钛矿光伏电池的制备方法，其特征在于，所述“用二氧化锡溶胶制备多孔结构钙钛矿光伏电池的致密层”包括：
用所述二氧化锡溶胶在衬底上形成二氧化锡溶胶层；
将带二氧化锡溶胶层的衬底在200～500摄氏度下退火30分钟至3小时，形成所述的二氧化锡致密层。


4.根据权利要求1所述的无退火效应的二氧化锡多孔结构钙钛矿光伏电池的制备方法，其特征在于，所述“用二氧化锡溶胶制备多孔结构钙钛矿光伏电池的多孔层”包括：将二氧化锡溶胶进行老化处理；使老化的二氧化锡溶胶覆在致密层上；在200～500摄氏度下退火30分钟至3小时，即形成了二氧化锡多孔层。


5.根据权利要求4所述的无退火效应的二氧化锡多孔结构钙钛矿光伏电池的制备方法，其特征在于，所述二氧化锡溶胶的老化处理包括：将所述二氧化锡溶胶密封陈化1-6个月，得到老化的二氧化锡溶胶。


6.根据权利要求1至5任意一项所述的无退火效应的二氧化锡多孔结构钙钛矿光伏电池的制备方法，其特征在于，所述无退火效应的二氧化锡多孔结构钙钛矿光伏电池的制备方法，具体包括步骤：
衬底预处理；
在衬底上制备二氧化锡致密层；
在二氧化锡致密层上制备二氧化锡多孔层；
在所述二氧化锡多孔层上制备吸...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊良斌，方国家，何影记，向丹，陈湛旭，张绍安，谢锐浩，吕洋，李仪芳，
申请(专利权)人：广东技术师范大学，武汉大学，
类型：发明
国别省市：广东;44