一种基于改性SnO2电子传输层的钙钛矿太阳能电池及室温制备方法

本发明涉及太阳能电池，具体涉及一种基于改性二氧化锡的钙钛矿太阳能电池及室温制备方法。

背景技术：

1、钙钛矿太阳能电池pscs因其优异的光电特性，包括高吸收系数、长载流子扩散长度、可调带隙及低成本溶液加工性，已成为最具前景的下一代光伏技术之一。但是目前大多数钙钛矿太阳能电池需在惰性气氛条件下制备，以保护对水分敏感的钙钛矿材料在成膜过程中免受降解。这种严苛的制备条件显著增加了制造成本、基础设施投入和能源消耗，构成了大规模产业化的重大障碍。因此，在大气环境条件下实现高效、稳定钙钛矿太阳能电池的可控制备，已成为推动该技术从实验室走向产业化的关键方向。

2、在n-i-p型钙钛矿太阳能电池中，电子传输层（etl）与钙钛矿吸光层之间的埋底界面是决定器件效率和稳定性的决定性因素。该埋底界面不仅决定了钙钛矿的初始成核和薄膜形成，还主导着电荷提取、能级排列和离子迁移。二氧化锡（sno2）因其高电子迁移率、合适的能带排列、低温可加工性和优异的化学稳定性，已成为n-i-p型钙钛矿太阳能电池中最广泛采用的电子传输材料。然而，在大气环境条件下制备的sno2薄膜不可避免地存在表面缺陷，包括氧空位（vo）、未配位sn4+位点和悬挂羟基（-oh）。这些缺陷不仅充当非辐射复合中心，破坏界面能级排列，更重要的是，传统sno2表面对钙钛矿前驱体溶液的润湿性较差，导致钙钛矿成核不均匀、缺陷密度高、结晶度差，这些问题在大气环境加工中因不受控制的结晶动力学而尤为严重。

3、为解决上述问题，研究者们尝试在sno2/钙钛矿埋底界面引入多功能分子修饰剂，同时钝化界面两侧缺陷并调控钙钛矿结晶。例如，含羧基（-cooh）的分子可与未配位的sn4+位点配位，而氨基（-nh2）或胍基可与钙钛矿中的pb2+和i-缺陷相互作用。然而，现有方法主要聚焦于缺陷钝化，忽视了界面润湿性和成核热力学在决定大气环境下钙钛矿薄膜质量中的关键作用。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术存在的问题提供一种基于改性二氧化锡的钙钛矿太阳能电池及室温制备方法。

2、本发明采用的技术方案是：一种基于改性二氧化锡的钙钛矿太阳能电池，包括从下到上依次设置的导电基体、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层；还包括金属对电极；

3、其中，电子传输层为巯基乙胺盐酸盐

β-mhcl修饰的sno2制备。

4、一种基于改性二氧化锡的钙钛矿太阳能电池的室温制备方法，包括以下步骤：

5、步骤1：在导电基体表面旋涂含有

β-mhcl的sno2胶体，退火处理后得到电子传输层；

6、步骤2：在电子传输层上采用旋涂法制备钙钛矿吸光层，退火处理；

7、步骤3：在步骤2得到的钙钛矿吸光层表面旋涂空穴传输层；

8、步骤4：在空穴传输层表面蒸镀金属对电极。

9、进一步的，所述sno2胶体溶液中

β-mhcl的浓度为0.25~1.0 mg/ml。

10、进一步的，所述步骤1中退火温度为130~170 ℃，退火时间为20~40 min。

11、进一步的，所述步骤2中钙钛矿吸光层为fa0.9cs0.07ma0.03pbi2.76br0.24。

12、进一步的，所述步骤2中的钙钛矿吸光层旋涂过程为首先采用1000 rpm旋涂10 s，然后采用4000 rpm旋涂30 s。

13、进一步的，所述步骤2中退火温度为140~160 ℃，退火时间为20~30 min。

14、进一步的，所述步骤2旋涂过程中添加反溶剂氯苯。

15、进一步的，所述导电基底为氟掺杂氧化锡fto导电玻璃。

16、进一步的，所述空穴传输层为2,2',7,7'-四 [n,n-二 (4-甲氧基苯基) 氨基]-9,9'-螺二芴。

17、进一步的，所述步骤4中真空蒸镀的蒸镀速度为0.3~0.8 å/s，真空度为10-5~10-6pa，沉积厚度为50~100 nm。

18、本发明的有益效果是：

19、本发明将

β-mhcl修饰的sno2作为电子传输层的埋底界面修饰，利用-sh和-nh3+双官能团的协同效应，一方面通过-sh基团还原钝化sno2中的氧空位缺陷并提高其导电性，另一方面通过-nh3+与钙钛矿前驱体中的卤素离子形成强氢键相互作用，显著改善钙钛矿前驱体溶液在sno2表面的润湿性，有效降低异质成核的gibbs自由能垒，从而在室温大气环境下实现高质量钙钛矿薄膜的可控制备。

20、本发明制备的钙钛矿太阳能电池冠军光电转换效率达25.68%，为目前大气环境制备的n-i-p型钙钛矿太阳能电池最高效率之一，且未封装器件在5500小时存储后仍保持初始效率的85.21%，在最大功率点跟踪2000小时后保持97%以上初始效率，具有极高的产业化应用前景。

1.一种基于改性二氧化锡的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括从下到上依次设置的导电基体、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层；还包括金属对电极；

2.如权利要求1所述的一种基于改性二氧化锡的钙钛矿太阳能电池的室温制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种基于改性二氧化锡的钙钛矿太阳能电池的室温制备方法，其特征在于，所述sno2胶体溶液中β-mhcl的浓度为0.25~1.0 mg/ml。

4.根据权利要求2所述的一种基于改性二氧化锡的钙钛矿太阳能电池的室温制备方法，其特征在于，所述步骤1中退火温度为130~170 ℃，退火时间为20~40 min。

5.根据权利要求2所述的一种基于改性二氧化锡的钙钛矿太阳能电池的室温制备方法，其特征在于，所述步骤2中钙钛矿吸光层为fa0.9cs0.07ma0.03pbi2.76br0.24。

6.根据权利要求2所述的一种基于改性二氧化锡的钙钛矿太阳能电池的室温制备方法，其特征在于，所述步骤2中的钙钛矿吸光层旋涂过程为首先采用1000 rpm旋涂10 s，然后采用4000 rpm旋涂30 s。

7.根据权利要求2所述的一种基于改性二氧化锡的钙钛矿太阳能电池的室温制备方法，其特征在于，所述步骤2中退火温度为140~160 ℃，退火时间为20~30 min。

8.根据权利要求2所述的一种基于改性二氧化锡的钙钛矿太阳能电池的室温制备方法，其特征在于，所述步骤2旋涂过程中添加反溶剂氯苯。

9.根据权利要求2所述的一种基于改性二氧化锡的钙钛矿太阳能电池的室温制备方法，其特征在于，所述导电基底为氟掺杂氧化锡fto导电玻璃；所述空穴传输层为2,2',7,7'-四 [n,n-二 (4-甲氧基苯基) 氨基]-9,9'-螺二芴。

10.根据权利要求2所述的一种基于改性二氧化锡的钙钛矿太阳能电池的室温制备方法，其特征在于，所述步骤4中真空蒸镀的蒸镀速度为0.3~0.8 å/s，真空度为10-5~10-6 pa，沉积厚度为50~100 nm。