CN107845729B - 钙钛矿太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。所述钙钛矿太阳能电池导电基底、和形成于所述导电基底上的电子传输层；所述电子传输层是由含有ZnO和乙酰丙酮锌的膜层于不高于150℃退火处理形成。本发明钙钛矿太阳能电池的电子传输层所含的乙酰丙酮锌能够使得电子传输层致密，降低针孔的形成和分布，内阻小；乙酰丙酮锌还能有效填充ZnO纳米颗粒之间的空隙。同时乙酰丙酮锌还能起到表面修饰作用，可以提高钙钛矿在ZnO电子传输层上的热稳定性。本发明钙钛矿太阳能电池制备方法能够有效保证形成的含有ZnO和乙酰丙酮锌的膜层质量稳定。

Description

钙钛矿太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明属于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。
背景技术
钙钛矿太阳能电池是一种以有机-无机卤化物钙钛矿为光吸收材料的新型太阳能电池，具有易于制作、成本低、效率高等优点，目前其最高转换效率已经达到22％以上，与铜铟镓硒(CIGS)、碲化镉(CdTe)和多晶硅等太阳能电池的最高效率相当，而远高于染料敏化和有机太阳能电池的最高效率，是一种应用前景广阔的太阳能电池。
钙钛矿太阳能电池一般由透明电极、电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层和金属背电极组成。与铜铟镓硒、碲化镉和多晶硅等太阳能电池相比，钙钛矿太阳能电池的一个显著优势是其光吸收层可以采用溶液化学法低温制备，如果电子传输层和空穴传输层等其它功能层也能低温(≤150℃)制备，那么这种电池将非常适合应用于柔性衬底，制作成柔性太阳能电池。
ZnO因其具有高的电子迁移率且易于用溶液法制备，是钙钛矿太阳能电池中的一种常用电子传输材料。虽然文献中已有将溶液化学法在低温条件下制备的ZnO薄膜作为钙钛矿太阳能电池电子传输层的报道，但是由于缺少高温烧结步骤，所制备的ZnO电子传输层通常存在以下几个问题：ZnO纳米颗粒之间的连接不紧密，导致电子在颗粒之间传输时的电阻较大；膜层不致密，ZnO纳米颗粒之间存在针孔，这将引起较大的旁路电流；ZnO表面残留的羟基等基团会对钙钛矿的热稳定性产生不利影响，使钙钛矿薄膜在退火过程中分解。上述这些问题都会导致以低温方法制备的ZnO薄膜为电子传输层的钙钛矿太阳能电池的效率相对较低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，以解决现有采用溶液化学法制备的ZnO薄膜中ZnO颗粒之间的连接不够紧密、薄膜致密度不高、分布有针孔和表面残留羟基等基团等因素导致的ZnO薄膜传输电阻较大、具有较大旁路电流和使得钙钛矿薄膜不稳定的技术问题。
为了实现上述发明目的，本发明一方面，提供了一种钙钛矿太阳能电池。所述钙钛矿太阳能电池包括：
导电基底；和
形成于所述导电基底上的电子传输层；所述电子传输层是由含有ZnO和乙酰丙酮锌的膜层于不高于150℃退火处理形成。
本发明另一方面，提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法。所述钙钛矿太阳能电池的制备方法包括如下步骤：
用含有乙酰丙酮锌的ZnO纳米溶胶在导电基底上成膜，后于不高于150℃退火处理。
与现有技术相比，本发明钙钛矿太阳能电池采用不高于150℃退火处理由含ZnO和乙酰丙酮锌形成的膜层作为电子传输层，这样，所含乙酰丙酮锌能够起到架桥作用，实现了ZnO纳米颗粒之间的良好连接，使得形成的电子传输层致密，降低针孔的形成和分布，从而赋予电子传输层小的内阻；同时乙酰丙酮锌还能有效填充ZnO纳米颗粒之间的空隙，避免电子传输层中出现针孔，降低甚至避免旁路电流。另外，乙酰丙酮锌还能起到表面修饰作用，可以提高钙钛矿在ZnO电子传输层上的热稳定性。
本发明钙钛矿太阳能电池制备方法采用低温退火处理形成含有ZnO和乙酰丙酮锌的膜层，因此，使得乙酰丙酮锌能够连接ZnO纳米颗粒，同时起到填充ZnO纳米颗粒之间空隙的作用，从而使得制备的膜层致密、内阻小、无针孔，降低甚至避免旁路电流的发生。而且，乙酰丙酮锌能够对膜层起到表面修饰作用，避免膜层表面残留的羟基等基团的影响，提高了钙钛矿在形成的膜层上的热稳定性。另外，其制备方法能够有效保证形成的含有ZnO和乙酰丙酮锌的膜层质量稳定。
附图说明
图1为实施例1和对比例1提供的钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线图；其中，曲线(a)为实施例1提供的钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线图，曲线(b)对应于对比例1提供的钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线图；
图2为实施例2和对比例2提供的钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线图；其中，曲线(a)为实施例2提供的钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线图，曲线(b)对应于对比例2提供的钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种钙钛矿太阳能电池。所述钙钛矿太阳能电池包括必要的部件，如可以包括依次层叠结合的透明电极、电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层和金属背电极。其中，所述钙钛矿太阳能电池所含的电子传输层的材料包括ZnO和乙酰丙酮锌，具体是由含有ZnO和乙酰丙酮锌的膜层于不高于150℃退火处理形成。这样，在电子传输层中，含有的乙酰丙酮锌能够起到架桥作用，能够有效连接ZnO纳米颗粒，从而使得形成的电子传输层致密，减少或者避免膜层针孔的出现，内阻小。同时，含有的乙酰丙酮锌能够起到填充剂的作用，能够有效填充ZnO纳米颗粒之间的空隙，填堵电子传输层可能出现的针孔，从而有效降低或避免旁路电流。另外，该乙酰丙酮锌的存在，还能有效修饰电子传输层，有效提高钙钛矿在所述电子传输层上的热稳定性。其次，由于电子传输层是在不高于150℃退火处理形成，因此，所述电子传输层可以应用在柔性衬底上，这样，所述钙钛矿太阳能电池可以是柔性钙钛矿太阳能电池。
在一实施例中，在所述电子传输层中，乙酰丙酮锌与ZnO的摩尔比为1:(5～1000)。通过调节两者的含量比例，一方面优化并提高电子传输层的致密性，提高膜层质量；另一方面，提高乙酰丙酮锌在所述电子传输层的上文所述的作用，进一步降低所述电子传输层的内阻和旁路电流以及提高钙钛矿在所述电子传输层上的热稳定性。基于上述各实施例，所述钙钛矿太阳能电池所含的所述电子传输层的厚度控制在10～200nm。
另外，所述钙钛矿太阳能电池所含的其他部件，如透明电极、钙钛矿光吸收层、空穴传输层和金属背电极等部件均可以是常规的，也可以是经过改进的各部件。具体实施例中，所述透明电极可以但不仅仅为氧化铟锡(ITO)玻璃、掺氟的二氧化锡(FTO)玻璃、掺铝的氧化锌(AZO)玻璃、ITO-聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、ITO-聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。因此，所述透明电极为硬质透明材料时，钙钛矿太阳能电池为非柔性钙钛矿太阳能电池。当透明电极为柔性材料时，钙钛矿太阳能电池为柔性钙钛矿太阳能电池。
上述各实施例中的钙钛矿太阳能电池由于含有高质量的所述电子传输层，因此，所述钙钛矿太阳能电池的光电转化效率高，而且所述电子传输层可以在柔性衬底上制作，因此，其可以广泛应用于柔性钙钛矿太阳能电池的制作。
另一方面，基于上文所述的钙钛矿太阳能电池，本发明实施例还提供了上文所述的钙钛矿太阳能电池的一种制备方法。所述钙钛矿太阳能电池制备方法包括如下步骤：
用含有乙酰丙酮锌的ZnO纳米溶胶在导电基底上成膜，后于不高于150℃退火处理。
其中，一实施例中，所述ZnO纳米溶胶按照如下方法配制：将ZnO纳米颗粒与乙酰丙酮锌分散在液体介质中。这样，所述ZnO纳米颗粒与乙酰丙酮锌能够在溶胶中均匀分散。在进一步实施例中，控制所述ZnO纳米颗粒在所述ZnO纳米溶胶中的浓度为1～20mg/mL。另一实施例中，所述乙酰丙酮锌与所述ZnO的摩尔比为1:(5～1000)。这样，通过控制所述ZnO纳米溶胶中的ZnO纳米颗粒和乙酰丙酮锌的含量及其浓度，使得所述ZnO纳米溶胶分散体系分散均匀，从而提高了所述溶胶在导电基底上成膜的膜层质量。
一实施例中，所述ZnO纳米溶胶中使用的所述液体介质包括正丁醇、异丙醇、乙醇、甲醇、氯仿、氯苯和二氯甲烷中的至少一种。如在具体实施例中，所述液体介质为正丁醇、甲醇和氯仿的混合溶液，且所述正丁醇、甲醇和氯仿的体积比为(1～20):(1～2):1，具体可以但不仅仅为8:1:1。通过对所述ZnO纳米溶胶的溶液介质进行控制和选用，提高所述ZnO纳米溶胶分散的稳定性和成膜质量。
另一实施例中，将所述ZnO纳米溶胶进行成膜处理的方法可以但不仅仅为旋涂，还可以是本领域其他的浆料成膜方式。经过成膜处理，所述ZnO纳米溶胶在导电基底上形成均匀的膜层。具体实施例中，当采用旋涂方法成膜时，旋涂转速为1000～6000rpm，具体如但不仅仅为3000rpm，旋涂时间为10～60s，具体如但不仅仅为30s。另外，通过控制成膜工艺，使得最终退火处理后的膜层厚度为10～200nm。
所述导电基底可以如上文所述的，可以但不仅仅为氧化铟锡(ITO)玻璃、掺氟的二氧化锡(FTO)玻璃、掺铝的氧化锌(AZO)玻璃、ITO-聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、ITO-聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。
在一实施例中，所述退火处理的温度为100～150℃，具体如但不仅仅为150℃。其中，退火处理应该是充分的，如退火时间为10～120min，具体如但不仅仅为60min。在退火处理过程中，纳米ZnO颗粒在乙酰丙酮锌的作用下紧密堆积，形成所述电子传输层的膜层骨架，而且致密，针孔少；而且所含的乙酰丙酮锌能够有效填堵纳米ZnO颗粒膜层骨架中可能存在的针孔，杜绝所述电子传输层存在针孔的现象。另外，所含的乙酰丙酮锌能够有效修饰纳米ZnO颗粒膜层骨架表面，使得与所述电子传输层层叠结合的钙钛矿热稳定性高。而且，低温退火处理，能够使所述膜层的制备方法应用于ITO-PET和ITO-PEN等柔性衬底，从而使得钙钛矿太阳能电池可以是柔性钙钛矿太阳能电池
另外，钙钛矿太阳能电池其他部件如钙钛矿光吸收层、空穴传输层和金属背电极等部件均可以按照常规的方法分别制备。
现结合具体实例，对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
本实施例提供了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。本实施例钙钛矿太阳能电池包括导电基底和层叠结合在所述导电基底表面上的电子传输层，其中，电子传输层是采用含有ZnO纳米颗粒和乙酰丙酮锌的膜层于150℃退火处理形成。电子传输层厚度约为30nm，电子传输层所含的乙酰丙酮锌与ZnO之间的摩尔比为1:10。
本实施例钙钛矿太阳能电池制备方法包括如下步骤：
S11.ZnO纳米溶胶的配制：称取2.195g二水合乙酸锌加入到100mL甲醇中，在60℃下搅拌溶解，在60℃和持续搅拌下，将50mL浓度为0.35mol/L的氢氧化钾的甲醇溶液在15min内逐滴加入到上述乙酸锌溶液中，然后在60℃下继续搅拌2.5小时。停止加热和搅拌，让反应混合物在室温下静置3小时，倒出上层清液，将沉淀物用甲醇清洗2次。每次加入甲醇清洗时，需要将得到的悬浮液至少静置1小时，以使ZnO纳米颗粒完全沉淀，然后倒出上层清液。最后加入体积比为8:1:1的正丁醇、甲醇和氯仿的混合溶剂，配制成浓度为8mg/mL的ZnO溶胶；
S12.含有乙酰丙酮锌的ZnO纳米溶胶的配制：将乙酰丙酮锌溶于甲醇，配制成浓度为2.0mol/L的溶液，向步骤S11中配制的ZnO溶胶中加入该乙酰丙酮锌溶液，控制乙酰丙酮锌与ZnO之间的摩尔比为1:10；
S13.在导电基底上形成电子传输层：在清洗干净的FTO导电玻璃基底上以3000rpm的转速旋涂步骤S12中配制的含有乙酰丙酮锌的ZnO溶胶30s，最后将样品在150℃退火60min，得到ZnO电子传输层。
S14.在电子传输层表面形成钙钛矿光吸收层：将步骤S13制备的ZnO电子传输层在紫外臭氧机中清洗10min，然后在其表面以5000rpm的转速旋涂60℃的PbI2溶液30s，然后以5000rpm的转速旋涂温度为60℃、浓度为45mg/mL的甲基碘化胺的异丙醇溶液30s；旋涂完毕后，将样品放在加热台上在100℃退火10min；其中，PbI2溶液按照下述方法配制：
称取一定量的PbI2，按PbI2和二甲基亚砜(DMSO)的摩尔比为1:1的比例溶解于N,N-二甲基甲酰胺-二甲基亚砜(DMF-DMSO)的混合溶剂中，在60℃下搅拌2小时并在60℃保温，配制成浓度为1.5mol/L的PbI2溶液。
S15.在钙钛矿光吸收层表面形成空穴传输层：在1mL浓度为80mg/mL的2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-MeOTAD)的氯苯溶液中加入18μL浓度为500mg/mL的双三氟甲烷磺酰亚胺锂的乙腈溶液和29μL的4-叔丁基吡啶，配制成空穴传输层(HTM)溶液。在步骤S14得到的样品上以4000rpm的转速旋涂HTM溶液30s。
S16.在空穴传输层表面形成背电极：在5×10-3Pa的背景真空度下采用热蒸发法以0.08nm/s的沉积速率蒸镀80nm厚的银电极，完成钙钛矿太阳能电池的制作。
对比例1
S11.与实施例1的步骤S11相同。
S12.在清洗干净的FTO导电玻璃基底上以3000rpm的转速旋涂上述没有添加乙酰丙酮锌的ZnO溶胶30s，最后将样品在150℃退火60min，得到ZnO电子传输层。
S13.参照实施例1步骤S14在电子传输层表面形成钙钛矿光吸收层；
S14.参照实施例1步骤S15在钙钛矿光吸收层表面形成空穴传输层；
S15.参照实施例1步骤S16在空穴传输层表面形成背电极。
实施例2
本实施例提供了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。本实施例钙钛矿太阳能电池包括导电基底和层叠结合在所述导电基底表面上的电子传输层，其中，电子传输层是采用含有ZnO纳米颗粒和乙酰丙酮锌的膜层于150℃退火处理形成。电子传输层厚度约为30nm，电子传输层所含的乙酰丙酮锌与ZnO之间的摩尔比为1:10。
本实施例钙钛矿太阳能电池制备方法包括如下步骤：
S21.与实施例1的步骤S11相同。
S22.与实施例1的步骤S12相同。
S23.在清洗干净的ITO-PEN柔性导电基底上以3000rpm的转速旋涂步骤S22中配制的含有乙酰丙酮锌的ZnO溶胶30s，最后将样品在150℃退火60min，得到ZnO电子传输层。
S24.参照实施例1步骤S14在电子传输层表面形成钙钛矿光吸收层；
S25.参照实施例1步骤S15在钙钛矿光吸收层表面形成空穴传输层；
S26.参照实施例1步骤S16在空穴传输层表面形成背电极。
对比例2
S21.与实施例2的步骤S21相同。
S22.直接将对比例2中的步骤S21配制的没有添加乙酰丙酮锌的ZnO溶胶在清洗干净的ITO-PEN柔性导电基底上以3000rpm的转速旋涂30s，最后将样品在150℃退火60min，得到ZnO电子传输层。
S23.参照实施例2步骤S24在电子传输层表面形成钙钛矿光吸收层；
S24.参照实施例2步骤S25在钙钛矿光吸收层表面形成空穴传输层；
S25.参照实施例2步骤S26在空穴传输层表面形成背电极。
实施例3
本实施例提供了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。本实施例钙钛矿太阳能电池包括导电基底和层叠结合在所述导电基底表面上的电子传输层，其中，电子传输层是采用含有ZnO纳米颗粒和乙酰丙酮锌的膜层于150℃退火处理形成。电子传输层厚度约为10nm，电子传输层所含的乙酰丙酮锌与ZnO之间的摩尔比为1:5。
本实施例钙钛矿太阳能电池制备方法包括如下步骤：
S31.ZnO纳米溶胶的配制：称取2.195g二水合乙酸锌加入到100mL甲醇中，在60℃下搅拌溶解，在60℃和持续搅拌下，将50mL浓度为0.35mol/L的氢氧化钾的甲醇溶液在15min内逐滴加入到上述乙酸锌溶液中，然后在60℃下继续搅拌2.5小时。停止加热和搅拌，让反应混合物在室温下静置3小时，倒出上层清液，将沉淀物用甲醇清洗2次。每次加入甲醇清洗时，需要将得到的悬浮液至少静置1小时，以使ZnO纳米颗粒完全沉淀，然后倒出上层清液。最后加入体积比为1:1:1的正丁醇、甲醇和氯仿的混合溶剂，配制成浓度为1mg/mL的ZnO溶胶；
S32.含有乙酰丙酮锌的ZnO纳米溶胶的配制：将乙酰丙酮锌溶于甲醇，配制成浓度为2.0mol/L的溶液，向步骤S31中配制的ZnO溶胶中加入该乙酰丙酮锌溶液，控制乙酰丙酮锌与ZnO之间的摩尔比为1:5；
S33.在导电基底上形成电子传输层：在清洗干净的ITO导电玻璃基底上以1000rpm的转速旋涂步骤S32中配制的含有乙酰丙酮锌的ZnO溶胶60s，最后将样品在150℃退火10min，得到ZnO电子传输层。
S34.参照实施例1步骤S14在电子传输层表面形成钙钛矿光吸收层；
S35.参照实施例1步骤S15在钙钛矿光吸收层表面形成空穴传输层；
S36.参照实施例1步骤S16在空穴传输层表面形成背电极。
实施例4
本实施例提供了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。本实施例钙钛矿太阳能电池包括导电基底和层叠结合在所述导电基底表面上的电子传输层，其中，电子传输层是采用含有ZnO纳米颗粒和乙酰丙酮锌的膜层于125℃退火处理形成。电子传输层厚度约为200nm，电子传输层所含的乙酰丙酮锌与ZnO之间的摩尔比为1:1000。
本实施例钙钛矿太阳能电池制备方法包括如下步骤：
S41.ZnO纳米溶胶的配制：称取2.195g二水合乙酸锌加入到100mL甲醇中，在60℃下搅拌溶解，在60℃和持续搅拌下，将50mL浓度为0.35mol/L的氢氧化钾的甲醇溶液在15min内逐滴加入到上述乙酸锌溶液中，然后在60℃下继续搅拌2.5小时。停止加热和搅拌，让反应混合物在室温下静置3小时，倒出上层清液，将沉淀物用甲醇清洗2次。每次加入甲醇清洗时，需要将得到的悬浮液至少静置1小时，以使ZnO纳米颗粒完全沉淀，然后倒出上层清液。最后加入体积比为20:2:1的正丁醇、甲醇和氯仿的混合溶剂，配制成浓度为20mg/mL的ZnO溶胶；
S42.含有乙酰丙酮锌的ZnO纳米溶胶的配制：将乙酰丙酮锌溶于甲醇，配制成浓度为2.0mol/L的溶液，向步骤S41中配制的ZnO溶胶中加入该乙酰丙酮锌溶液，控制乙酰丙酮锌与ZnO之间的摩尔比为1:1000；
S43.在导电基底上形成电子传输层：在清洗干净的ITO导电玻璃基底上以6000rpm的转速旋涂步骤S42中配制的含有乙酰丙酮锌的ZnO溶胶10s，最后将样品在125℃退火120min。重复上述旋涂-退火步骤3次，得到ZnO电子传输层。
S44.参照实施例1步骤S14在电子传输层表面形成钙钛矿光吸收层；
S45.参照实施例1步骤S15在钙钛矿光吸收层表面形成空穴传输层；
S46.参照实施例1步骤S16在空穴传输层表面形成背电极。
实施例5
本实施例提供了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。本实施例钙钛矿太阳能电池包括导电基底和层叠结合在所述导电基底表面上的电子传输层，其中，电子传输层是采用含有ZnO纳米颗粒和乙酰丙酮锌的膜层于100℃退火处理形成。电子传输层厚度约为50nm，电子传输层所含的乙酰丙酮锌与ZnO之间的摩尔比为1:50。
本实施例钙钛矿太阳能电池制备方法包括如下步骤：
S51.ZnO纳米溶胶的配制：称取2.195g二水合乙酸锌加入到100mL甲醇中，在60℃下搅拌溶解，在60℃和持续搅拌下，将50mL浓度为0.35mol/L的氢氧化钾的甲醇溶液在15min内逐滴加入到上述乙酸锌溶液中，然后在60℃下继续搅拌2.5小时。停止加热和搅拌，让反应混合物在室温下静置3小时，倒出上层清液，将沉淀物用甲醇清洗2次。每次加入甲醇清洗时，需要将得到的悬浮液至少静置1小时，以使ZnO纳米颗粒完全沉淀，然后倒出上层清液。最后加入体积比为10:2:1的正丁醇、甲醇和氯仿的混合溶剂，配制成浓度为15mg/mL的ZnO溶胶；
S52.含有乙酰丙酮锌的ZnO纳米溶胶的配制：将乙酰丙酮锌溶于甲醇，配制成浓度为2.0mol/L的溶液，向步骤S51中配制的ZnO溶胶中加入该乙酰丙酮锌溶液，控制乙酰丙酮锌与ZnO之间的摩尔比为1:50；
S53.在导电基底上形成电子传输层：在清洗干净的ITO-PET柔性导电基底上以5000rpm的转速旋涂步骤S52中配制的含有乙酰丙酮锌的ZnO溶胶20s，最后将样品在100℃退火120min，得到ZnO电子传输层。
S54.参照实施例1步骤S14在电子传输层表面形成钙钛矿光吸收层；
S55.参照实施例1步骤S15在钙钛矿光吸收层表面形成空穴传输层；
S56.参照实施例1步骤S16在空穴传输层表面形成背电极。
实施例6
本实施例提供了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。本实施例钙钛矿太阳能电池包括导电基底和层叠结合在所述导电基底表面上的电子传输层，其中，电子传输层是采用含有ZnO纳米颗粒和乙酰丙酮锌的膜层于100℃退火处理形成。电子传输层厚度约为20nm，电子传输层所含的乙酰丙酮锌与ZnO之间的摩尔比为1:10。
本实施例钙钛矿太阳能电池制备方法包括如下步骤：
S61.ZnO纳米溶胶的配制：称取2.195g二水合乙酸锌加入到100mL甲醇中，在60℃下搅拌溶解，在60℃和持续搅拌下，将50mL浓度为0.35mol/L的氢氧化钾的甲醇溶液在15min内逐滴加入到上述乙酸锌溶液中，然后在60℃下继续搅拌2.5小时。停止加热和搅拌，让反应混合物在室温下静置3小时，倒出上层清液，将沉淀物用甲醇清洗2次。每次加入甲醇清洗时，需要将得到的悬浮液至少静置1小时，以使ZnO纳米颗粒完全沉淀，然后倒出上层清液。最后加入体积比为4:1:1的正丁醇、甲醇和氯仿的混合溶剂，配制成浓度为4mg/mL的ZnO溶胶；
S62.含有乙酰丙酮锌的ZnO纳米溶胶的配制：将乙酰丙酮锌溶于甲醇，配制成浓度为2.0mol/L的溶液，向步骤S61中配制的ZnO溶胶中加入该乙酰丙酮锌溶液，控制乙酰丙酮锌与ZnO之间的摩尔比为1:10；
S63.在导电基底上形成电子传输层：在清洗干净的ITO-PET柔性导电基底上以2000rpm的转速旋涂步骤S62中配制的含有乙酰丙酮锌的ZnO溶胶60s，最后将样品在100℃退火120min，得到ZnO电子传输层。
S64.参照实施例1步骤S14在电子传输层表面形成钙钛矿光吸收层；
S65.参照实施例1步骤S15在钙钛矿光吸收层表面形成空穴传输层；
S66.参照实施例1步骤S16在空穴传输层表面形成背电极。
钙钛矿太阳能电池性能测试
使用上述实施例1～6和对比例1、2制备的钙钛矿太阳能电池按照如下方法进行性能测试，以考察本发明所制备的ZnO电子传输层在钙钛矿太阳能电池中的应用情况：
以带有AM1.5G滤光片的500W氙灯为光源，在100mW/cm2光强的照射下，测量上述钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线，电池的有效受光面积为0.04cm2。图1和图2分别给出了实施例1、2和对比例1、2制备的钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线。其中，图1中的曲线(a)为实施例1钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线，曲线(b)为对比例1钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线；图2中的曲线(a)为实施例2钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线，曲线(b)为对比例2钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线。由上述方法测得的电流密度-电压曲线求出各实施例和对比例制作的电池的短路电流密度(Jsc)、开路电压(Voc)、填充因子(FF)和转换效率(PCE)等性能参数，结果如表1所示。
表1
Figure BDA0001450764260000131
结合图1、图2和表1可知，无论是在硬质基底还是在柔性基底上，与没有添加乙酰丙酮锌相比，在制备ZnO电子传输层时添加乙酰丙酮锌都可以显著提高钙钛矿太阳能电池的各个性能参数，说明本发明实施例提出的ZnO电子传输层的低温制备方法是有效的，能够有效提高钙钛矿太阳能电池的稳定性和提高钙钛矿太阳能电池的效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种钙钛矿太阳能电池，包括：
导电基底；和
形成于所述导电基底上的电子传输层；所述电子传输层是由含有ZnO和乙酰丙酮锌的膜层于100～150℃退火处理形成；
所述乙酰丙酮锌与所述ZnO的摩尔比为1:(5～50)。
2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述电子传输层的厚度为10～200nm。
3.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述导电基底为氧化铟锡(ITO)玻璃、掺氟的二氧化锡玻璃、掺铝的氧化锌玻璃、ITO-聚对苯二甲酸乙二醇酯、ITO-聚萘二甲酸乙二醇酯中的任一种。
4.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
用含有乙酰丙酮锌的ZnO纳米溶胶在导电基底上成膜，后于100～150℃退火处理；所述ZnO纳米溶胶包含有摩尔比为1:(5～50)的乙酰丙酮锌和ZnO。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述ZnO纳米溶胶按照如下方法配制：
将ZnO纳米颗粒与乙酰丙酮锌分散在液体介质中。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述液体介质包括正丁醇、异丙醇、乙醇、甲醇、氯仿、氯苯和二氯甲烷中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述液体介质为正丁醇、甲醇和氯仿的混合溶液，且所述正丁醇、甲醇和氯仿的体积比为(1～20):(1～2):1。
8.根据权利要求4～7任一所述的制备方法，其特征在于：在所述ZnO纳米溶胶中，所述ZnO的浓度为1～20mg/mL。
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