一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法与流程

本发明属于钙钛矿太阳能电池，具体涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、钙钛矿太阳能电池(pscs)因其优异的光伏性能、高效率、高性价比的溶液加工制造工艺、重量轻、柔韧性和与建筑的集成而迅速成为领先的光伏发电技术。为了提高功率转换效率(pce)，研究人员开发了多种策略，包括成分优化、掺杂工程和化学界面钝化处理，以减少pscs中的电荷重组。

2、电子传输层etl是从钙钛矿层中提取和转移注入电子的必要元件。传统的电子传输层的材料主要包括tio2、zno、sno2、wo3、basno3、srtio3、zn2sno4、cds、tis2、sns2等。其中，由于染料敏化太阳能电池的发展，tio2在钙钛矿太阳能电池中应用最多。

3、然而，tio2的电子迁移率较慢(约0.1～4cm2·v-1·s-1)，需要高温处理(退火温度为400～450℃)，并且在紫外区具有较强的光催化活性，这影响了器件的性能和稳定性。因此，需要用另一种更合适的n型金属氧化物代替tio2作为etl，以便进一步开发用于商业应用。

4、sno2被认为是取代传统tio2成为etl的一个很好的选择，因为它具有优越的电子迁移率，非常高的透过率，合适的能级，以及易于在低温下制造的特点。此外，与tio2相比，sno2具有优异的化学稳定性和较低的光催化活性，从而提高了psc的稳定性。薄而致密的sno2薄膜已被认为是平面pscs的特别好的候选者，它可以在低温下使用溶液处理方法轻松制造。使用sno2作为etl的平面pscs实现了25.8％的功率转换效率，这是平面单结pscs最先进的pce。

5、然而，使用低温溶液处理方法制备的sno2仍然具有大密度的陷阱态，导致etl与钙钛矿层之间的缺陷界面上的电荷转移效率低下，并且不利于重组，进而影响太阳能电池的质量。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，本发明提供的钙钛矿太阳能电池中电子传输层和钙钛矿层之间的电荷转移效率高，进一步提高了太阳能电池的功率转换效率。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池，包括由下到上依次层叠设置的导电基底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和背电极层；

4、所述电子传输层的材料包括二氧化锡和掺杂在所述二氧化锡中的氮掺杂石墨烯量子点。

5、优选的，所述氮掺杂石墨烯量子点在所述电子传输层中的质量百分含量为1～3％。

6、优选的，所述电子传输层的厚度为20～40nm。

7、优选的，所述钙钛矿层的材料的化学组成为abx3，所述a包括ch3nh3+、hc(nh2)2+、cs+和rb+中的至少一种；所述b包括pb2+；所述x包括卤素离子；

8、所述钙钛矿层的厚度为350～450nm。

9、优选的，所述空穴传输层的材料为spiro-ometad、pedot：pss、ptaa或nio；

10、所述空穴传输层的厚度为180～220nm。

11、优选的，所述背电极层的材料为金属；

12、所述背电极层的厚度为80～100nm。

13、本发明还提供了上述技术方案所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

14、将锡盐、氮掺杂石墨烯量子点和溶剂混合，得到前驱液；

15、将所述前驱液旋涂在所述导电基底上，进行退火，得到电子传输层；

16、在所述电子传输层的表面依次制备钙钛矿层、空穴传输层和背电极层，得到所述钙钛矿太阳能电池。

17、优选的，所述锡盐包括sncl2·h2o、sn(no3)2、sn(ch3coo)4或sn(nh2)4；

18、所述溶剂包括无水乙醇、丙酮、二甲基亚砜、甲苯或乙二醇；

19、所述前驱液中锡盐的摩尔浓度为1mol/l；

20、所述前驱液中氮掺杂石墨烯量子点的质量浓度为1.8～5.7mg/ml。

21、优选的，所述旋涂的转速为4000rpm，时间为30s；

22、所述退火的温度为180℃，时间为1h。

23、本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池，包括由下到上依次层叠设置的导电基底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和背电极层；所述电子传输层的材料包括二氧化锡和掺杂在所述二氧化锡中的氮掺杂石墨烯量子点。本发明将氮掺杂石墨烯量子点(n-gqds)掺杂在二氧化锡中作为电子传输层，氮掺杂石墨烯量子点具有独特的量子约束和尺寸效应，在提高光收集能力和促进电子从钙钛矿卤化物层到导电电极的分离方面发挥了关键作用；n-gqds有效地填充了sno2的缺陷阱，提高了电子萃取效率，减少了电子传输层-钙钛矿层界面上的电子-空穴复合，进一步提高了光电转换效率。

技术特征：

1.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括由下到上依次层叠设置的导电基底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和背电极层；

2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述氮掺杂石墨烯量子点在所述电子传输层中的质量百分含量为1～3％。

3.根据权利要求1或2所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层的厚度为20～40nm。

4.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿层的材料的化学组成为abx3，所述a包括ch3nh3+、hc(nh2)2+、cs+和rb+中的至少一种；所述b包括pb2+；所述x包括卤素离子；

5.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层的材料为spiro-ometad、pedot：pss、ptaa或nio；

6.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述背电极层的材料为金属；

7.权利要求1～6任一项所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述锡盐包括sncl2·h2o、sn(no3)2、sn(ch3coo)4或sn(nh2)4；

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述旋涂的转速为4000rpm，时间为30s；

技术总结
本发明属于钙钛矿太阳能电池技术领域，具体涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。本发明提供的钙钛矿太阳能电池，包括由下到上依次层叠设置的导电基底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和背电极层；所述电子传输层的材料包括二氧化锡和掺杂在所述二氧化锡中的氮掺杂石墨烯量子点。本发明将氮掺杂石墨烯量子点掺杂在二氧化锡中作为电子传输层，氮掺杂石墨烯量子点具有独特的量子约束和尺寸效应，在提高光收集能力和促进电子从钙钛矿卤化物层到导电电极的分离方面发挥了关键作用；N‑GQDs有效地填充了SnO<subgt;2</subgt;的缺陷阱，提高了电子萃取效率，减少了电子传输层‑钙钛矿层界面上的电子‑空穴复合，进一步提高了光电转换效率。

技术研发人员：魏俊峰,陈彬,曹栋强
受保护的技术使用者：上海乐天钙钛光电科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25