一种包括TiCl4/SnO2电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种包括TiCl4/SnO2电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，该方法本发明专利技术将TiCl4与SnO2胶体溶液共混，将混合后的溶液涂覆在玻璃基底上，制备出质地均匀，电导率高，化学性质稳定的TiCl4/SnO2电子传输层。相较于以往的SnO2电子传输层，平整的衬底表面，有利于下一步钙钛矿薄膜的结晶质量的提升，使得钙钛矿吸收层的薄膜晶粒均匀，其优异的光电性能及器件效率将有助于推动钙钛矿太阳电池的进一步发展。阳电池的进一步发展。阳电池的进一步发展。

【技术实现步骤摘要】
一种包括TiCl4/SnO2电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于钙钛矿太阳能电池
，具体涉及一种包括TiCl4/SnO2电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，钙钛矿太阳能电池由于其相比较硅电池具有带隙可调，制备工艺简单，成本低廉，光电转化效率提升迅速等优势在光电领域具有巨大的应用前景。经过科研工作者的共同努力，现如今钙钛矿太阳能电池认证效率已达25.5％，然而传统的钙钛矿太阳能电池中常常使用氧化钛或氧化锡作为电子传输层，而氧化钛这一电子传输层往往需要高温制备，成本较高，并且制备出的器件迟滞现象严重。
[0003]针对SnO2作为电子传输层，使用传统的SnO2胶体溶液旋涂制备的SnO2薄膜，表面会不可避免地出现SnO2胶体的团聚现象，导致在薄膜中产生很多的缺陷与孔洞，这些缺陷会产生漏电流。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种包括TiCl4/SnO2电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，以解决现有SnO2胶体溶液旋涂制备的SnO2薄膜中SnO2胶体的团聚，导致薄膜中产生缺陷与孔洞这一问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]一种包括TiCl4/SnO2电子传输层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，通过水稀释SnO2胶体溶液，形成SnO2胶体水溶液，将SnO2胶体水溶液和TiCl4溶液按照体积比3：(0.1
‑
>0.9)混合，磁力搅拌后得到TiCl4/SnO2混合胶体溶液；
[0007]将TiCl4/SnO2混合胶体溶液旋涂在玻璃基底上，热处理后获得电子传输层；在电子传输层上制备钙钛矿吸收层，在钙钛矿吸收层上制备钙钛矿钝化层，在钙钛矿钝化层上制备空穴传输层，在空穴传输层上制备Au电极。
[0008]本专利技术的进一步改进在于：
[0009]优选的，通过水稀释SnO2胶体溶液，SnO2和H2O的体积比为1:2。
[0010]优选的，磁力搅拌时间为1～3h，磁力搅拌转速为200
‑
1000rpm。
[0011]优选的，将TiCl4/SnO2混合胶体溶液旋涂在玻璃基底上，旋涂转速为4000～6000rpm，旋涂时间为30～50s。
[0012]优选的，热处理过程为将涂覆有TiCl4/SnO2混合胶体溶液的玻璃基底至于热台上，在100～200℃下加热30
‑
90min，加热后进行紫外臭氧处理5～20min。
[0013]优选的，将FAPbI3钙钛矿前驱体溶液旋涂在电子传输层上，制得钙钛矿层，在钙钛矿传输层上旋涂PEAI钙钛矿钝化溶液。
[0014]优选的，所述FAPbI3钙钛矿前驱体溶液的浓度为1.2
‑
1.4M，所述PEAI钙钛矿钝化
溶液为5mg的PEAI和1mL异丙醇的混合溶液。
[0015]优选的，所述空穴传输层Spiro
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OMeTAD空穴传输层。
[0016]优选的，所述金电极的厚度为80～120nm。
[0017]一种通过上述任意一项所述的制备方法制得的包括TiCl4/SnO2电子传输层的钙钛矿太阳能电池，包括从下到上依次堆叠的玻璃基底、电子传输层、钙钛矿吸收层、钙钛矿钝化层、空穴传输层和Au电极；
[0018]所述电子传输层为掺杂有TiCl4的SnO2薄膜。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0020]本专利技术公开了一种包括TiCl4/SnO2电子传输层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，该方法本专利技术将TiCl4与SnO2胶体溶液共混，将混合后的溶液涂覆在玻璃基底上，制备出质地均匀，电导率高，化学性质稳定的TiCl4/SnO2电子传输层。由于氧化锡纳米颗粒处于能量不稳定状态，因此很容易产生胶体团聚。而TiCl4的掺杂，有效降低了氧化锡中Sn
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O之间的结合能。有效消减了氧化锡薄膜中的团聚。同时，氧化锡薄膜表面的吸附氧的活性位点也得到了有效消除，有利于电子的提取和传输。氧化锡与FTO之间拥有了更加匹配的能级排布。相较于以往的SnO2电子传输层，平整的衬底表面，有利于下一步钙钛矿薄膜的结晶质量的提升，使得钙钛矿吸收层的薄膜晶粒均匀，其优异的光电性能及器件效率将有助于推动钙钛矿太阳电池的进一步发展。
[0021]进一步的，TiCl4和SnO2通过磁力搅拌，使得TiCl4能够均匀的分散在SnO2胶体溶液中。
[0022]进一步的，通过限定旋涂转速和旋涂时间，使得旋涂形成的电子传输层厚度能够满足要求。
[0023]本专利技术还公开了一种包括TiCl4/SnO2电子传输层的钙钛矿太阳能电池，该钙钛矿太阳能电池通过表面缺陷少的电子传输层，有效地提升了SnO2的电子提取速率，并最终获得最高23.73％的光电转化效率。相较于以往的SnO2电子传输层，平整的衬底表面，有利于钙钛矿薄膜的结晶质量的提升。其优异的光电性能及器件效率将有助于推动钙钛矿太阳电池的进一步发展。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实例中所述方法制备的TiCl4/SnO2与传统SnO2薄膜的X射线衍射(XRD)图。
[0025]图2为本专利技术实例中所述方法制备的不同衬底上钙钛矿薄膜X射线衍射(XRD)图。
[0026]图3为本专利技术实例中所述方法制备的TiCl4/SnO2与传统SnO2薄膜的扫描电子显微镜(SEM)对比图。
[0027]图4为本专利技术实例中所述方法制备的不同衬底上钙钛矿薄膜扫描电子显微镜(SEM)对比图。
[0028]图5为本专利技术实例中所述方法制备的不同衬底上钙钛矿薄膜稳态荧光对比图。
[0029]图6为本专利技术实例中所述方法制备的不同衬底上钙钛矿薄膜荧光寿命对比图。
[0030]图7为专利技术实例中所述方法制备的导电玻璃上氧化锡薄膜的O1s的X射线光电子能谱(XPS)对比图。
[0031]图8为专利技术实例中所述方法制备的导电玻璃上不同氧化锡薄膜的能级排布。
具体实施方式
[0032]下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：
[0033]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包括TiCl4/SnO2电子传输层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，通过水稀释SnO2胶体溶液，形成SnO2胶体水溶液，将SnO2胶体水溶液和TiCl4溶液按照体积比3：(0.1
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0.9)混合，磁力搅拌后得到TiCl4/SnO2混合胶体溶液；将TiCl4/SnO2混合胶体溶液旋涂在玻璃基底上，热处理后获得电子传输层；在电子传输层上制备钙钛矿吸收层，在钙钛矿吸收层上制备钙钛矿钝化层，在钙钛矿钝化层上制备空穴传输层，在空穴传输层上制备Au电极。2.根据权利要求1所述的一种包括TiCl4/SnO2电子传输层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，通过水稀释SnO2胶体溶液，SnO2和H2O的体积比为1:2。3.根据权利要求1所述的一种包括TiCl4/SnO2电子传输层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，磁力搅拌时间为1～3h，磁力搅拌转速为200
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1000rpm。4.根据权利要求1所述的一种包括TiCl4/SnO2电子传输层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，将TiCl4/SnO2混合胶体溶液旋涂在玻璃基底上，旋涂转速为4000～6000rpm，旋涂时间为30～50s。5.根据权利要求1所述的一种包括TiCl4/SnO2电子传输层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，热处理过程为将涂覆有TiCl4/SnO2混合胶体溶液的玻...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵奎，杨廷欢，蔡伟伦，刘筹，刘生忠，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：