本發(fā)明主要涉及太陽能電池，尤其涉及一種電子傳輸層及制備方法、鈣鈦礦電池及制備方法。

背景技術(shù)：

1、鈣鈦礦太陽能電池(perovskite?solar?cells，pscs)的電子傳輸層在決定其光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性方面起著至關(guān)重要的作用，該層主要負(fù)責(zé)從光活性鈣鈦礦層快速抽取并傳輸電子，同時阻止電子-空穴復(fù)合。當(dāng)前常用的電子傳輸材料主要包括二氧化鈦(tio2)和氧化鎳(nio)等寬禁帶半導(dǎo)體材料，其中tio2因其良好的化學(xué)穩(wěn)定性和合適的能級位置，成為最廣泛應(yīng)用的電子傳輸層材料。然而，tio2的制備過程復(fù)雜且對鈣鈦礦層的結(jié)晶性有一定要求，這促使科研人員尋求更優(yōu)的替代方案。

2、二氧化錫(sno2)具有更高的電子遷移率、更寬的帶隙和更穩(wěn)定的光學(xué)性能等優(yōu)異特性，目前用sno2代替tio2作為etl(electron?transport?layer，電子傳輸層)，且化學(xué)浴沉積(cbd，chemical?bath?deposition)方法已被廣泛用于制備高質(zhì)量的sno2膜，為實現(xiàn)平面pscs的pce(功率轉(zhuǎn)換效率)突破提供了支持，但傳統(tǒng)cbd方法難以控制反應(yīng)速率不能確保具有高重復(fù)性的高質(zhì)量sno2膜。此外電子傳輸層還存在sn間隙原子、氧原子空位和羥基等會引起嚴(yán)重的載流子復(fù)合，限制了pscs的性能。

3、2023年，麻省理工大學(xué)moungi.g.bawendi等人利用揮發(fā)性的二羧酸配體草酸引入化學(xué)浴法制備薄膜氧化錫，以取代傳統(tǒng)的巰基乙酸，且應(yīng)用h2o2后處理來協(xié)同去除化學(xué)殘留物和鈍化表面氧空位，最終制備了功率轉(zhuǎn)換效率為24.6％的冠軍設(shè)備。壽命測試表明，基于草酸cbd法制備氧化錫的裝置在連續(xù)太陽光照下進行1500小時的mpp(最大功率點)跟蹤后，在沒有冷卻的情況下保持了85％的效率，與使用傳統(tǒng)的基于巰基乙酸的cbd法制備氧化錫控制裝置相比，這一效率顯著提高。但化學(xué)浴沉積過程中可能引入雜質(zhì)離子，導(dǎo)致制備的氧化錫薄膜純度受限，晶體結(jié)構(gòu)和結(jié)晶性可能不夠理想，影響其電學(xué)性能和光學(xué)性能。在晶體生長過程中，由于熱運動等因素，sn原子可能會占據(jù)晶格的間隙位置，形成間隙原子，這些間隙原子會破壞sno2晶格的完整性，產(chǎn)生深能級雜質(zhì)態(tài)，從而成為非輻射復(fù)合中心，增加載流子復(fù)合概率，降低薄膜的光電性能。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供電子傳輸層及制備方法、鈣鈦礦電池及制備方法，可制備純度高、結(jié)晶性好、致密度高、均勻且連續(xù)的電子傳輸層，電子傳輸層具有良好的導(dǎo)電性與透明性，增強與基底之間的結(jié)合能力。

2、為解決上述技術(shù)問題，第一方面，本發(fā)明提供了一種電子傳輸層的制備方法，包括：配置第一母液，所述第一母液的溶質(zhì)為一種或多種鹵化亞錫鹽，所述第一母液的溶劑為含有巰基的酸；配置第二母液，所述第二母液的溶質(zhì)為尿素，所述第二母液的溶劑為純凈水；混合所述第一母液和所述第二母液，再加入氫鹵酸攪拌溶解，形成第三母液，其中所述氫鹵酸中的鹵元素與所述鹵化亞錫鹽中鹵元素相同；在所述第三母液中加入螯合劑溶解并稀釋，將待制備所述電子傳輸層的基板置入具有所述螯合劑的第三母液，制備所述電子傳輸層。

3、可選地，在配置所述第一母液時，所述第一母液的濃度在3mmol/l～5mmol/l之間。

4、可選地，在配置所述第二母液時，所述第二母液的濃度在0.2mmol/l～0.3mmol/l之間。

5、可選地，在配置所述第三母液時，所述氫鹵酸的濃度在0.01mmol/l～1mmol/l之間。

6、可選地，將待制備所述電子傳輸層的基板置入具有所述螯合劑的第三母液，制備所述電子傳輸層包括：將待制備所述電子傳輸層的基板置入具有所述螯合劑的第三母液，在水解完成后，采用純凈水對所述基板進行沖洗，再進行超聲處理，干燥后進行退火處理，得到sno2電子傳輸層。

7、可選地，所述基板置入具有所述螯合劑的第三母液后的水解時間介于1.5h-2h之間，和/或干燥后進行退火處理的退火溫度介于150℃-170℃之間。

8、可選地，在所述第三母液中加入螯合劑溶解并稀釋的步驟中，所述螯合劑的濃度介于0.3mg/ml-2mg/ml之間。

9、可選地，所述螯合劑為乙二胺四乙酸四鈉和羥乙基乙二胺三乙酸三鈉中的一種或兩種。

10、第二方面，本發(fā)明提供了一種電子傳輸層，由第一方面所述的電子傳輸層的制備方法制備而成。

11、第三方面，本發(fā)明提供了一種鈣鈦礦電池的制備方法，包括：制備ito導(dǎo)電玻璃；采用化學(xué)浴沉積法制備電子傳輸層sno2，其中所述電子傳輸層sno2由第一方面制備方法制備而成；采用旋涂法制備fapbi3鈣鈦礦吸光層；采用旋涂法制備空穴傳輸層sprio-ometad；采用熱蒸發(fā)法制備moo3；采用熱蒸發(fā)法制備ag電極。

12、第四方面，本發(fā)明提供了一種鈣鈦礦電池，由第三方面所述制備方法制備而成，所述鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)依次包括玻璃、透明導(dǎo)電氧化物層、sno2電子傳輸層、鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸層和電極。

13、可選地，所述透明導(dǎo)電氧化物層包括以下材料之一：ito、izo、iwo、fto、ico、azo和bzo。

14、可選地，所述鈣鈦礦吸光層的厚度為10nm至100μm，帶隙為0.9ev至3.0ev。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：通過控制螯合劑的濃度來調(diào)節(jié)sno2的沉積過程，影響薄膜的晶粒大小、形貌以及結(jié)晶取向等，進而優(yōu)化sno2薄膜的電學(xué)性能和光學(xué)性能，可制備純度高、結(jié)晶性好、致密度高、均勻且連續(xù)的電子傳輸層，電子傳輸層具有良好的導(dǎo)電性與透明性，增強與基底(或基板)之間的結(jié)合能力，有助于提高電池的穩(wěn)定性和使用壽命。

技術(shù)特征：

1.一種電子傳輸層的制備方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的電子傳輸層的制備方法，其特征在于，在配置所述第一母液時，所述第一母液的濃度在3mmol/l～5mmol/l之間。

3.如權(quán)利要求2所述的電子傳輸層的制備方法，其特征在于，在配置所述第二母液時，所述第二母液的濃度在0.2mmol/l～0.3mmol/l之間。

4.如權(quán)利要求3所述的電子傳輸層的制備方法，其特征在于，在配置所述第三母液時，所述氫鹵酸的濃度在0.01mmol/l～1mmol/l之間。

5.如權(quán)利要求1所述的電子傳輸層的制備方法，其特征在于，將待制備所述電子傳輸層的基板置入具有所述螯合劑的第三母液，制備所述電子傳輸層包括：

6.如權(quán)利要求5所述的電子傳輸層的制備方法，其特征在于，所述基板置入具有所述螯合劑的第三母液后的水解時間介于1.5h-2h之間，和/或干燥后進行退火處理的退火溫度介于150℃-170℃之間。

7.如權(quán)利要求5所述的電子傳輸層的制備方法，其特征在于，其特征在于，在所述第三母液中加入螯合劑溶解并稀釋的步驟中，所述螯合劑的濃度介于0.3mg/ml-2mg/ml之間。

8.如權(quán)利要求1所述的電子傳輸層的制備方法，其特征在于，所述螯合劑為乙二胺四乙酸四鈉和羥乙基乙二胺三乙酸三鈉中的一種或兩種。

9.一種電子傳輸層，其特征在于，由如權(quán)利要求1～8任一項所述的電子傳輸層的制備方法制備而成。

10.一種鈣鈦礦電池的制備方法，其特征在于，包括：

11.一種鈣鈦礦電池，其特征在于，由權(quán)利要求10所述制備方法制備而成，所述鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)依次包括玻璃、透明導(dǎo)電氧化物層、sno2電子傳輸層、鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸層和電極。

12.如權(quán)利要求11所述的鈣鈦礦電池，其特征在于，所述透明導(dǎo)電氧化物層包括以下材料之一：ito、izo、iwo、fto、ico、azo和bzo。

13.如權(quán)利要求11所述的鈣鈦礦電池，其特征在于，所述鈣鈦礦吸光層的厚度為10nm至100μm，帶隙為0.9ev至3.0ev。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種電子傳輸層及制備方法、鈣鈦礦電池及制備方法，其中電子傳輸層的制備方法包括：配置第一母液，第一母液的溶質(zhì)為一種或多種鹵化亞錫鹽，第一母液的溶劑為含有巰基的酸；配置第二母液，第二母液的溶質(zhì)為尿素，第二母液的溶劑為純凈水；混合第一母液和第二母液，再加入氫鹵酸攪拌溶解，形成第三母液，其中氫鹵酸中的鹵元素與鹵化亞錫鹽中鹵元素相同；在第三母液中加入螯合劑溶解并稀釋，將待制備電子傳輸層的基板置入具有螯合劑的第三母液，制備電子傳輸層。本發(fā)明可制備純度高、結(jié)晶性好、致密度高、均勻且連續(xù)的電子傳輸層，電子傳輸層具有良好的導(dǎo)電性與透明性，增強與基底之間的結(jié)合能力，提高鈣鈦礦電池的穩(wěn)定性和使用壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：張雪聰,易宗錦,李文強,李紅江
受保護的技術(shù)使用者：天合光能股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6