CN113481485B - 锡氧化物薄膜及其制备方法、太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锡氧化物薄膜及其制备方法、太阳能电池及其制备方法。上述锡氧化物薄膜的制备方法包括如下步骤：将衬底置于原子层气相沉积反应室内，进行如下步骤：步骤A：先通入氧源0.005s～0.015s，再通入保护气体15s～30s，然后抽真空15s～30s；步骤B：先通入锡源0.65s～1s，再通入保护气体20s～30s，然后抽真空20s～30s；以步骤A和步骤B为一个周期，重复15次～200次，得到锡氧化物薄膜。上述锡氧化物薄膜的制备方法能够得到兼具适宜的功函数、导电性好和透过率高的锡氧化物薄膜，能够用于ITO电极和电子传输层之间，提高太阳能电池的光电转换效率。

Description

锡氧化物薄膜及其制备方法、太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，特别是涉及一种锡氧化物薄膜及其制备方法、太阳能电池及其制备方法。
背景技术
太阳能电池包括正负电极、电子传输层、吸收层和空穴传输层等，其光电转化过程包括以下方面：一、吸光层吸收光子，吸收的光子通过电子传输层(供体)和空穴传输层(受体)产生电子空穴对，并在内建电场的作用下分离成空穴和电子；二、自由电子通过相应的传输途径转移，被对应的电极接收并形成电流。因此，太阳能电池的正负极材料、电子传输层材料和空穴传输层材料等都会影响器件的性能。电子传输层材料(或空穴传输层材料)的LUMO/HOMO与电极材料的费米能级是否匹配关系到空穴和电子的运输，如果两者的差值越大，则电子和空穴在传输过程中需要克服的势垒就越高。
匹配电子传输层材料(或空穴传输层材料)的禁带宽度和电极材料的功函数是提高太阳能电池效率的有效手段之一。目前，在有机太阳能电池的研究中，多数采用ITO作为正电极。正电极ITO的功函数和电子传输层材料的能级匹配会影响太阳能电池的光电转化效率，其最直接的影响就是电池的开路电压。常规的降低势垒的方法包括：在ITO电极和电子传输层之间生长势垒过渡层，其功函数需要介于电子传输层材料和ITO之间。科研人员投入了很大的精力来寻找合适的过渡层，但由于该过渡层需要兼顾合适的功函数、良好的导电性和透过率等诸多性能，所以对材料的要求比较高。
发明内容
基于此，有必要提供一种兼顾合适的功函数、良好的导电性和透过率，能够用在ITO电极和电子传输层之间的锡氧化物薄膜及其制备方法。
此外，还有必要提供一种有机太阳能电池及其制备方法。
一种锡氧化物薄膜的制备方法，将衬底置于原子层气相沉积反应室内，进行如下步骤：
步骤A：先通入氧源0.005s～0.015s，再通入保护气体15s～30s，然后抽真空15s～30s；
步骤B：先通入锡源0.65s～1s，再通入保护气体20s～30s，然后抽真空20s～30s；
以步骤A和步骤B为一个周期，重复15次～200次，得到锡氧化物薄膜。
在其中一个实施例中，所述锡源为四(二甲氨基)锡；所述氧源为水或臭氧，所述保护气体为氮气或惰性气体。
在其中一个实施例中，所述氧源的温度为10℃～30℃；所述锡源的温度为60℃～70℃，所述衬底的温度为80℃～120℃。
在其中一个实施例中，所述锡氧化物薄膜的厚度为1nm～10nm，且所述锡氧化物薄膜中，Sn和O的化学计量比小于1/2。
一种锡氧化物薄膜，由上述的锡氧化物薄膜的制备方法制备得到。
一种太阳能电池，包括ITO电极、过渡层、电子传输层、吸光层、空穴传输层和阴极，所述过渡层设置在所述ITO电极和所述电子传输层之间，所述过渡层为上述的锡氧化物薄膜；
所述吸光层设置在所述电子传输层远离所述ITO电极的一侧，所述空穴传输层设置在所述吸光层远离所述ITO电极的一侧，所述阴极设置在所述空穴传输层远离所述ITO电极的一侧。
在其中一个实施例中，所述电子传输层的材料为二氧化锡量子点或二氧化锡纳米粉末；
所述吸光层的材料为Cs0.05FAxMA1-xPb(IxBr1-x)3钙钛矿材料，x的值为0.75～0.85；
所述空穴传输层的材料为掺杂的Spiro-OMeTAD，其中掺杂材料为tBP、Li-FTSI及FK209；
所述阴极为金属电极。
在其中一个实施例中，还包括缓冲层，所述缓冲层设置在所述空穴传输层和所述阴极之间，所述缓冲层的材料为MoOy，y的取值为2～3。
一种太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
在ITO电极上形成过渡层，所述过渡层的材料为锡氧化物薄膜，采用上述的锡氧化物薄膜的制备方法制备；
在所述过渡层远离所述ITO电极的一侧形成电子传输层、吸光层、空穴传输层和阴极，制备太阳能电池；所述吸光层形成在所述电子传输层远离所述ITO电极的一侧，所述空穴传输层形成在所述吸光层远离所述ITO电极的一侧，所述阴极形成在所述空穴传输层远离所述ITO电极的一侧。
在其中一个实施例中，所述电子传输层的材料为二氧化锡量子点，形成所述电子传输层的步骤包括：
将氯化锡溶解在乙二醇中，然后调节pH为1～7，制备前驱体；
将所述前驱体在200℃～300℃下退火1h，制备二氧化锡量子点；
将所述二氧化锡量子点分散在碱性溶液中，制备分散液；
将所述分散液旋涂在所述过渡层上，然后在180℃退火处理30min，形成电子传输层；或者，
所述电子传输层的材料为二氧化锡纳米粉末，形成所述电子传输层的步骤包括；将二氧化锡纳米粉末与酒精混合后，旋涂在所述过渡层上，然后在180℃退火处理30min，形成电子传输层。
在其中一个实施例中，所述吸光层的材料为Cs0.05FAxMA1-xPb(IxBr1-x)3钙钛矿材料，x的值为0.75～0.85，采用旋涂的方法形成所述吸光层。
在其中一个实施例中，所述空穴传输层的材料为掺杂的Spiro-OMeTAD，其中掺杂材料为tBP、Li-FTSI及FK209，采用旋涂的方法形成所述空穴传输层。
在其中一个实施例中，所述阴极为金属电极，采用蒸镀的方法形成所述阴极。
上述锡氧化物薄膜的制备方法采用原子气相沉积方法，通过控制原子气相沉积过程中的工艺参数，调整了锡氧化物薄膜中锡和氧原子的比例，较常规SnO2中Sn/O的原子比例1/2，提高了Sn的比例，降低了O的比例，通过本体掺杂使SnO2的导电性提高，同时通过测试，上述锡氧化物薄膜的透过率大于99％，锡氧化物薄膜的功函数介于ITO和电子传输层材料之间，大大降低了载流子注入势垒，太阳能电池的磁滞得到了很大改善，同时开路电压和电池效率也明显提升。因此，上述锡氧化物薄膜的制备方法能够得到兼具适宜的功函数、导电性好和透过率高的锡氧化物薄膜，能够用于ITO电极和电子传输层之间，提高太阳能电池的光电转换效率。
附图说明
图1为一实施方式的太阳能电池的结构示意图；
图2为实施例4和对比例6所制备的太阳能电池在标准太阳光下的电流密度-电压曲线。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合具体实施方式对本发明进行更全面的描述。具体实施方式中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
针对ITO电极和电子传输层材料之间的能级不匹配而影响太阳能电池的光电转换效率的问题，本发明提供了一种能够用在ITO电极和电子传输层材料之间的锡氧化物薄膜，作为生长势垒过渡层，该锡氧化物薄膜具有合适的功函数、优异的导电性和高透过率。
具体地，一实施方式的锡氧化物薄膜的制备方法，包括如下步骤：
将衬底置于原子层气相沉积反应室内，进行如下步骤：
步骤A：先通入氧源0.005s～0.015s，再通入保护气体15s～30s，然后抽真空15s～30s；
步骤B：先通入锡源0.65s～1s，再通入保护气体20s～30s，然后抽真空20s～30s；
以步骤A和步骤B为一个周期，重复15次～200次，得到锡氧化物薄膜。
其中，锡源为四(二甲氨基)锡。氧源为水或臭氧。保护气体为氮气或惰性气体。例如，惰性气体为氩气等。
具体地，氧源的温度为10℃～30℃。锡源的温度为60℃～70℃。衬底的温度为80℃～120℃。
通过步骤A和步骤B能够得到厚度约0.05nm的锡氧化物薄膜，重复步骤A和步骤B15次～200次，从而得到厚度为1nm～10nm的锡氧化物薄膜。锡氧化物薄膜的厚度太薄则无法形成连续膜；锡氧化物薄膜的厚度太厚会阻碍电子的传输。
需要说明的是，在上述制备方法中，可以先进行步骤A，再进行步骤B，以依次进行的步骤A和步骤B为一个周期。也可以先进行步骤B，再进行步骤A，以依次进行的步骤B和步骤A为一个周期。
具体地，氧源的进气量为0.005s、0.010s或0.015s。在步骤A中，通入保护气体的时间为15s、20s、25s或30s。抽真空的时间为15s、20s、25s或30s。进一步地，抽真空至真空度为1*10-4Pa～1*10-3Pa。
通入氧源使氧源分子吸附在衬底上。通入保护气体，用保护气体处理表面以清除未被衬底化学吸附的残余氧源。通过抽真空以除去保护气体。
具体地，锡源的进气量为0.65s、0.7s、0.75s、0.8s、0.85s、0.9s、0.95s或1s。在步骤B中，通入保护气体的时间为20s、25s或30s。抽真空的时间为20s、25s或30s。进一步地，抽真空至真空度为1*10-4Pa～1*10-3Pa。
通入锡源，以使被衬底吸附的氧源分子与锡源发生反应，形成一个锡氧化物原子层的沉积。通入保护气体，用保护气体处理表面以清除未发生反应的锡源分子以及反应的副产物等。
进一步地，在一个周期内，通入锡源的时间与通入氧源的时间的比为66～130。
在一些实施例中，在通入氧源的步骤之前，还包括采用保护气体对衬底进行处理的步骤。对衬底进行清洗，增加衬底的吸附能力。
采用上述方法制备的锡氧化物薄膜并不是标准化学计量比的二氧化锡，而是有缺陷的二氧化锡，在锡氧化物薄膜中，Sn和O的化学计量比小于1/2。实验证明，其载流子浓度更高。
上述锡氧化物薄膜的制备方法至少具有以下优点：
(1)上述锡氧化物薄膜的制备方法采用原子气相沉积方法，通过控制原子气相沉积过程中的工艺参数，调整了锡氧化物薄膜中锡和氧原子的比例，较常规SnO2中Sn/O的原子比例为1/2，提高了Sn的比例，降低了O的比例，通过本体掺杂使SnO2的导电性提高，同时通过测试，上述锡氧化物薄膜的透过率大于99％，锡氧化物薄膜的功函数介于ITO和供体材料之间，大大降低了载流子注入势垒，太阳能电池的磁滞得到了很大改善，同时开路电压和电池效率也明显提升。因此，上述锡氧化物薄膜的制备方法能够得到兼具适宜的功函数、导电性好和透过率高的锡氧化物薄膜，能够用于ITO电极和电子传输层之间，提高太阳能电池的光电转换效率。
(2)上述锡氧化物薄膜的制备方法通过控制ALD沉积薄膜中的Sn/O的原子比例，实现了在纳米级别上对SnO2的缺陷浓度的精确调控。
(3)上述锡氧化物薄膜的制备方法工艺简单、反应快速、条件温和、产率极高且产物可控，为工业化生产提供了可能。
本发明还提供一实施方式的锡氧化物薄膜，由上述实施方式的锡氧化物薄膜的制备方法制备得到。该锡氧化物薄膜兼具适宜的功函数、导电性好和透过率高，能够用于ITO电极和电子传输层之间，提高太阳能电池的光电转换效率。
请参阅图1，本发明还提供一实施方式的太阳能电池100，包括：ITO电极110、过渡层120、电子传输层130、吸光层140、空穴传输层150和阴极160，过渡层120设置在ITO电极110和电子传输层130之间，过渡层120为上述实施方式的锡氧化物薄膜。
在其中一个实施例中，电子传输层130的材料为二氧化锡量子点或二氧化锡纳米粉末。实验证明，上述锡氧化物薄膜的功函数介于ITO电极110和二氧化锡量子点或二氧化锡纳米粉末之间，大大降低了载流子注入势垒，使得太阳能电池100的磁滞得到了很大改善，同时开路电压和电池效率也明显提升。
具体地，吸光层140设置在电子传输层130远离ITO电极110的一侧。吸光层140的材料为Cs0.05FAxMA1-xPb(IxBr1-x)3钙钛矿材料，x的值为0.75～0.85。采用上述吸光层140材料能够进一步提高太阳能电池100的光电转换效率。可以理解，在其中实施例中，吸光层140的材料不限于为上述材料，还可以为本领域常用的其他材料，在以其他材料为吸光层140的材料时，将锡氧化物薄膜设置在电子传输层130和ITO电极110之间，较不设置锡氧化物薄膜，仍能够提高太阳能电池100的光电转换效率。
具体地，空穴传输层150设置在吸光层140远离ITO电极110的一侧。空穴传输层150的材料为掺杂的Spiro-OMeTAD(2,2,7,7-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9-螺二芴)，其中，掺杂材料为tBP(4-叔丁基吡腚)、Li-FTSI(双三氟甲烷磺酰亚胺锂)及FK209。Spiro-OMeTAD是钙钛矿太阳能电池100中使用最多的一种空穴传输材料。由于其较低的空穴迁移率，在正常制备器件时需要添加许多添加剂，比如Li-TFSI、TBP和FK209等掺杂剂以获得更好的电池性能。Li-TFSI能够显著提升电导率和Spiro-OMeTAD的空穴迁移率，而TBP能够辅助Li-TFSI，使其在Spiro-OMeTAD的分布更为均匀，调控空穴传输层150的形貌，抑制载流子复合等。FK209可有效地提高电池的开路电压、短路电流和填充因子，从而大大提高电池的光电转换效率。
因此，以上述材料为空穴传输层150的材料能够进一步提高太阳能电池100的光电转换效率。可以理解，在其中实施例中，空穴传输层150的材料不限于为上述材料，还可以为本领域常用的其他材料，在以其他材料为空穴传输层150的材料时，将锡氧化物薄膜设置在电子传输层130和ITO电极110之间，较不设置锡氧化物薄膜，仍能够提高太阳能电池100的光电转换效率。
具体地，阴极160设置在空穴传输层150远离ITO电极110的一侧。阴极160为金属电极。在其中一个实施例中，阴极160为金电极、铝电极或银电极。
太阳能电池100的阴极160材料选取一般是导电性能良好且性能稳定的金属材料，若金属材料的功函数太高，就会与受体材料的LUMO能级不匹配，导致载流子的收集减弱，从而降低了太阳能电池100的光电转化效率。在太阳能电池100器件中，电子的注入是通过阴极160材料费米能级向受体材料的LUMO能级注入实现的，因此阴极160材料的费米能级与受体材料的费米能级之差是电子注入势垒的主要来源。故，在一些实施例中，为了降低电子注入的势垒，进一步提高太阳能电池100的光电转换效率，太阳能电池100还包括缓冲层170，缓冲层170设置在阴极160和空穴传输层150之间。进一步地，缓冲层170的材料为MoOy，y的取值为2～3。
上述太阳能电池100在ITO电极110和电子传输层130之间设置过渡层120，过渡层120具有介于ITO电极110和电子传输层130之间的功函数，且导电性好、透过率高，从而降低了载流子注入势垒，提高太阳能电池100的光电转换效率。
本发明还提供一实施方式的太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
在ITO电极上形成过渡层，过渡层的材料为锡氧化物薄膜，采用上述实施方式的锡氧化物薄膜的制备方法制备；
在过渡层远离ITO电极的一侧形成电子传输层、吸光层、空穴传输层和阴极，制备太阳能电池。
其中，吸光层形成在电子传输层远离ITO电极的一侧，空穴传输层形成在吸光层远离ITO电极的一侧，阴极形成在空穴传输层远离ITO电极的一侧。
具体地，电子传输层的材料为二氧化锡量子点，形成电子传输层的步骤包括：
将氯化锡溶解在乙二醇中，然后调节pH为1～7，制备前驱体；
将前驱体在200℃～300℃下退火1h，制备二氧化锡量子点；
将二氧化锡量子点分散在碱性溶液中，制备分散液；
将分散液旋涂在过渡层上，然后在180℃退火处理30min，形成电子传输层。
具体地，调节pH为1～7的步骤中，采用醋酸和四甲基氢氧化铵调节pH。
具体地，将前驱体在200℃～300℃下退火1h的步骤之后，还包括用去离子水清洗然后干燥的步骤。
在其中一个实施例中，碱性溶液为氢氧化钾，分散液的pH为12。
具体地，采用上述方法制备的二氧化锡量子点的粒径为3nm～5nm。可以理解，上述仅给出了一种电子传输层的制备方法，但并不限于此，还可以为本领域常用的其他方法。
在另一个实施例中，电子传输层的材料为二氧化锡纳米粉末，形成电子传输层的步骤包括：将二氧化锡纳米粉末与酒精混合后，旋涂在过渡层上，然后在180℃退火处理30min，形成电子传输层。
在其中一个实施例中，电子传输层的厚度为10～20nm。
具体地，吸光层的材料为Cs0.05FAxMA1-xPb(IxBr1-x)3钙钛矿材料，x的值为0.75～0.85，采用旋涂的方法形成吸光层。在其中一个实施例中，吸光层的厚度为400～500nm。
具体地，空穴传输层的材料为掺杂的Spiro-OMeTAD，掺杂材料为tBP、Li-FTSI及FK209，采用旋涂的方法形成空穴传输层。在其中一个实施例中，空穴传输层的厚度为100-200nm。
具体地，阴极为金属电极，采用蒸镀的方式形成阴极。在其中一个实施例中，阴极的厚度为100-150nm。阴极为银电极、金电极或铝电极。
在一些实施例中，为了降低电子注入的势垒，进一步提高太阳能电池的光电转换效率，太阳能电池还包括缓冲层，缓冲层设置在阴极和空穴传输层之间。进一步地，缓冲层的材料为MoOy，y的取值为2～3。通过蒸镀的方法形成缓冲层。在其中一个实施例中，缓冲层的厚度为10-15nm。
以下为具体实施例部分：
实施例1
本实施例提供一种锡氧化物薄膜的制备方法，包括如下步骤：
采用Ultratech S200为原子气相沉积镀膜设备，水为氧源，温度为25℃，四(二甲氨基)锡(TDMASn)为锡源，温度为60℃。
将ITO衬底置于原子层气相沉积反应腔体内，用氮气处理衬底表面20min。当腔体温度和衬底温度达到100℃时，开始镀膜。一个镀膜周期包含两个步骤：步骤A：先通入水，水的进气量为0.015秒，再通入N2，用N2处理表面时间为30秒，然后抽真空30秒；步骤B：先通入TDMASn，TDMASn的进气量为1秒，再通入N2，用N2处理表面时间为30秒，抽真空30秒。重复镀膜周期200次，得到厚度为10nm的锡氧化物薄膜。
实施例2
本实施例提供一种锡氧化物薄膜的制备方法，包括如下步骤：
采用Ultratech S200为原子气相沉积镀膜设备，水为氧源，温度为25℃，四(二甲氨基)锡(TDMASn)为锡源，温度为60℃。
将ITO衬底置于原子层气相沉积反应腔体内，用氮气处理衬底表面20min。当腔体温度和衬底温度达到80℃时，开始镀膜。一个镀膜周期包含两个步骤：步骤A：先通入水，水的进气量为0.005秒，再通入N2，用N2处理表面时间为15秒，抽真空15秒；步骤B：先通入TDMASn，TDMASn的进气量为0.65秒，再通入N2，用N2处理表面时间为20秒，抽真空20秒。重复镀膜周期15次，得到厚度为1nm的锡氧化物薄膜。
实施例3
本实施例提供一种锡氧化物薄膜的制备方法，包括如下步骤：
采用Ultratech S200为原子气相沉积镀膜设备，水为氧源，温度为25℃，四(二甲氨基)锡(TDMASn)为锡源，温度为60℃。
将ITO衬底置于原子层气相沉积反应腔体内，用氮气处理衬底表面20min。当腔体温度和衬底温度达到120℃时，开始镀膜。一个镀膜周期包含两个步骤：步骤A：先通入水，水的进气量为0.01秒，再通入N2，用N2处理表面时间为20秒，抽真空20秒；步骤B：先通入TDMASn，TDMASn的进气量为0.85秒，再通入N2，用N2处理表面时间为25秒，抽真空25秒。重复镀膜周期100次，得到厚度为5nm的锡氧化物薄膜。
对比例1
对比例1提供一种锡氧化物薄膜的制备方法，包括如下步骤：
采用Ultratech S200为原子气相沉积镀膜设备，水为氧源，温度为25℃，四(二甲氨基)锡(TDMASn)为锡源，温度为60℃。
将ITO衬底置于原子层气相沉积反应腔体内，用氮气处理衬底表面20min。当腔体温度和衬底温度达到150℃时，开始镀膜。一个镀膜周期包含两个步骤：步骤A：先通入水，水的进气量为0.015秒，再通入N2，用N2处理表面时间为20秒，抽真空20秒；步骤B：先通入TDMASn，TDMASn的进气量为0.5秒，再通入N2，用N2处理表面时间为20秒，抽真空20秒。重复镀膜周期200次，得到厚度为10nm的锡氧化物薄膜。
对比例2
对比例2提供一种锡氧化物薄膜的制备方法，包括如下步骤：
采用Ultratech S200为原子气相沉积镀膜设备，水为氧源，温度为25℃，四(二甲氨基)锡(TDMASn)为锡源，温度为60℃。
将ITO衬底置于原子层气相沉积反应腔体内，用氮气处理衬底表面20min。当腔体温度和衬底温度达到200℃时，开始镀膜。一个镀膜周期包含两个步骤：步骤A：先通入水，水的进气量为0.015秒，再通入N2，用N2处理表面时间为10秒，抽真空10秒；步骤B：先通入TDMASn，TDMASn的进气量为0.5秒，再通入N2，用N2处理表面时间为10秒，抽真空10秒。重复镀膜周期100次，得到厚度为5nm的锡氧化物薄膜。
对比例3
对比例3提供一种锡氧化物薄膜的制备方法，包括如下步骤：
采用Ultratech S200为原子气相沉积镀膜设备，水为氧源，温度为25℃，四(二甲氨基)锡(TDMASn)为锡源，温度为60℃。
将ITO衬底置于原子层气相沉积反应腔体内，用氮气处理衬底表面20min。当腔体温度和衬底温度达到250℃时，开始镀膜。一个镀膜周期包含两个步骤：步骤A：先通入水，水的进气量为0.015秒，再通入N2，用N2处理表面时间为5秒，抽真空5秒；步骤B：先通入TDMASn，TDMASn的进气量为0.5秒，再通入N2，用N2处理表面时间为5秒，抽真空5秒。重复镀膜周期20次，得到厚度为1nm的锡氧化物薄膜。
对比例4
对比例4提供一种锡氧化物薄膜的制备方法，与实施例1的锡氧化物薄膜的制备方法相似，区别在于，对比例4中，重复镀膜周期10次，得到厚度为0.5nm的锡氧化物薄膜。
对比例5
对比例5提供一种锡氧化物薄膜的制备方法，与实施例1的锡氧化物薄膜的制备方法相似，区别在于，对比例5中，重复镀膜周期300次，得到厚度为15nm的锡氧化物薄膜。
实施例4
本实施例提供一种太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
(1)采用实施例1的锡氧化物薄膜的制备方法在ITO电极上形成锡氧化物薄膜作为过渡层；
(2)将700mg五水合四氯化锡(SnCl4·5H2O)溶解在20mL乙二醇溶液中，加入3mL醋酸，10％(质量百分浓度)四甲基氢氧化铵(TMAH)水溶液调节pH值为3得到前驱液。转移前驱液至特氟龙内衬的不锈钢水热反应釜中，在200℃下退火1小时。冷却后用去离子水离心清洗3遍(离心转速为8000rpm)后在60℃下干，得到粒径为3nm～5nm的粉末SnO2量子点。将粉末SnO2量子点溶解在氢氧化钾溶液中制成透明分散液备用，pH值为12。在过渡层远离ITO电极的一侧旋涂SnO2量子点分散液(旋涂转速为4000rpm)，然后在180℃下退火30分钟，形成厚度为10nm的电子传输层。
(3)将步骤(2)处理后的ITO电极转移至手套箱内，在电子传输层远离ITO电极的一侧采用一步旋涂法(转速4000rpm)、100℃退火60分钟，制备厚度为450nm的Cs0.05FA0.85MA0.15Pb(I0.85Br0.15)3钙钛矿薄膜，作为吸光层。
(4)在吸光层上远离ITO电极的一侧旋涂(4000rpm)Spiro-OMeTAD混合液形成厚度为100nm的空穴传输层(Spiro-OMeTAD混合液包括：72.3mg Spiro-OMeTAD溶解在1mL氯苯中，掺杂28.8μL 4-叔丁基吡腚(tBP)、17.5μL双三氟甲烷磺酰亚胺锂(Li-FTSI，520mg/mL乙腈溶液)和10μL FK-209(300mg/mL乙腈溶液))。
(5)在空穴传输层远离ITO电极的一侧蒸镀15nm的氧化钼作为缓冲层，然后再蒸镀100nm的银背电极，得到太阳能电池。
具体地，本实施例制备的太阳能电池的结构示意图如图1所示。
实施例5
本实施例提供一种太阳能电池的制备方法，与实施例4的太阳能电池的制备方法相似，区别在于，本实施例采用实施例2的锡氧化物薄膜的制备方法形成过渡层。
实施例6
本实施例提供一种太阳能电池的制备方法，与实施例4的太阳能电池的制备方法相似，区别在于，本实施例采用实施例3的锡氧化物薄膜的制备方法形成过渡层。
对比例6
对比例6提供一种太阳能电池的制备方法，与实施例4的太阳能电池的制备方法相似，区别在于，不含有过渡层。
对比例7
对比例7提供一种太阳能电池的制备方法，与实施例4的太阳能电池的制备方法相似，区别在于，对比例7采用对比例1的锡氧化物薄膜的制备方法形成过渡层。
对比例8
对比例8提供一种太阳能电池的制备方法，与实施例4的太阳能电池的制备方法相似，区别在于，对比例8采用对比例2的锡氧化物薄膜的制备方法形成过渡层。
对比例9
对比例9提供一种太阳能电池的制备方法，与实施例4的太阳能电池的制备方法相似，区别在于，对比例9采用对比例3的锡氧化物薄膜的制备方法形成过渡层。
对比例10
对比例10提供一种太阳能电池的制备方法，与实施例4的太阳能电池的制备方法相似，区别在于，对比例10采用对比例4的锡氧化物薄膜的制备方法形成过渡层。
对比例11
对比例11提供一种太阳能电池的制备方法，与实施例4的太阳能电池的制备方法相似，区别在于，对比例11采用对比例5的锡氧化物薄膜的制备方法形成过渡层。
以下为测试部分：
(1)对实施例1～实施例3及对比例1～对比例5所制备的锡氧化物薄膜的功函数、导电性及透过率进行测试，得到如下表1所示的实验结果。其中，功函数的测试方法为UPS紫外光电子能谱，导电性采用欧姆表测试，透过率采用紫外可见光分光光度计测试。
表1实施例和对比例的锡氧化物薄膜的实验数据
电子传输层二氧化锡量子点的功函数为4.23eV，ITO的功函数为4.88eV。
从上述表1中可以看出，实施例中的锡氧化物薄膜的功函数都介于ITO和电子传输层之间，且其具有良好的导电性和透过率。
(2)对实施例4～实施例6及对比例6～对比例11所制备的太阳能电池的开路电压和光电转换效率进行测试，得到如下表2所示的实验数据。其中，开路电压采用电源表keithley2400测试。光电转换效率采用QE量子效率测试仪测试。
表2实施例和对比例的太阳能电池的实验数据
从上述表2中可以看出，实施例的开路电压和光电转化率相比于对比例都有所提升。
(3)将实施例4和对比例6所制备的太阳能电池在标准太阳能光下测试电流密度和电压，得到如图2所示的实施例4和对比例6的太阳能电池在标准太阳光下的电流密度-电压曲线。从图2中可以看出，实施例的太阳能电池的开路电压比对比例高了0.09eV，且磁滞现象有所改善，导电性更为优越。
从以上实验数据中可以看出：
本发明通过精确控制ALD沉积中Sn/O的原子比例，实现了在纳米级别上对SnO2的缺陷浓度的精确调控；引入了本体掺杂，制备出了功函数低于ITO功函数的SnO2缺陷态薄膜作为过渡层，为载流子注入降低了势垒。
对比未设置过渡层(即采用单层的普通无掺杂SnO2量子点作为电子传输层)，本发明中在普通无掺杂SnO2量子点电子传输层和ITO电极之间设置通过原子层沉积方法制备的锡氧化物薄膜作为过渡层，所制备的太阳能电池具有更好的磁滞效应，开路电压高了0.09V，电池效率也提升了2.2％。目前电池的效率提升非常缓慢，2.2％的效率提升已经是很大的进展。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，便于具体和详细地理解本发明的技术方案，但并不能因此而理解为对发明专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。应当理解，本领域技术人员在本发明提供的技术方案的基础上，通过合乎逻辑的分析、推理或有限的试验得到的技术方案，均在本发明所附权利要求的保护范围内。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求的内容为准，说明书及附图可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种锡氧化物薄膜的制备方法，其特征在于，将衬底置于原子层气相沉积反应室内，进行如下步骤：
步骤A：先通入氧源0.005s～0.015s，再通入保护气体15s～30s，然后抽真空15s～30s；
步骤B：先通入锡源0.65s～1s，再通入保护气体20s～30s，然后抽真空20s～30s；
以步骤A和步骤B为一个周期，重复15次～200次，得到锡氧化物薄膜；
所述锡氧化物薄膜的厚度为1nm～10nm；
在一个周期内，通入锡源的时间与通入氧源的时间的比为66～130。
2.根据权利要求1所述的锡氧化物薄膜的制备方法，其特征在于，所述锡源为四(二甲氨基)锡，所述氧源为水或臭氧，所述保护气体为氮气或惰性气体。
3.根据权利要求1所述的锡氧化物薄膜的制备方法，其特征在于，所述氧源的温度为10℃～30℃，所述锡源的温度为60℃～70℃，所述衬底的温度为80℃～120℃。
4.根据权利要求1～3任一项所述的锡氧化物薄膜的制备方法，其特征在于，且所述锡氧化物薄膜中，Sn和O的化学计量比小于1/2。
5.一种锡氧化物薄膜，其特征在于，由权利要求1～4任一项所述的锡氧化物薄膜的制备方法制备得到。
6.一种太阳能电池，其特征在于，包括ITO电极、过渡层、电子传输层、吸光层、空穴传输层和阴极；
所述过渡层设置在所述ITO电极和所述电子传输层之间，所述过渡层为权利要求5所述的锡氧化物薄膜；
所述吸光层设置在所述电子传输层远离所述ITO电极的一侧，所述空穴传输层设置在所述吸光层远离所述ITO电极的一侧，所述阴极设置在所述空穴传输层远离所述ITO电极的一侧；
其中，所述电子传输层的材料为二氧化锡量子点，形成所述电子传输层的步骤包括：
将氯化锡溶解在乙二醇中，然后调节pH为1～7，制备前驱体；
将所述前驱体在200℃-300℃下退火1h，制备二氧化锡量子点；
将所述二氧化锡量子点分散在碱性溶液中，制备分散液；
将所述分散液旋涂在所述过渡层上，然后在180℃退火处理30min，形成电子传输层；或者，
所述电子传输层的材料为二氧化锡纳米粉末，形成所述电子传输层的步骤包括；将二氧化锡纳米粉末与酒精混合后，旋涂在所述过渡层上，然后在180℃退火处理30min，形成电子传输层。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池，其特征在于，所述吸光层的材料为Cs0.05FAxMA1- xPb(IxBr1-x)3钙钛矿材料，x的值为0.75～0.85；
所述空穴传输层的材料为掺杂的Spiro-OMeTAD，其中掺杂材料为tBP、Li-FTSI及FK209；
所述阴极为金属电极。
8.根据权利要求6或7所述的太阳能电池，其特征在于，还包括缓冲层，所述缓冲层设置在所述空穴传输层和所述阴极之间，所述缓冲层的材料为MoOy，y的取值为2～3。
9.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
在ITO电极上形成过渡层，所述过渡层的材料为锡氧化物薄膜，采用权利要求1～4任一项所述的锡氧化物薄膜的制备方法制备；
在所述过渡层远离所述ITO电极的一侧形成电子传输层、吸光层、空穴传输层和阴极，制备太阳能电池；所述吸光层形成在所述电子传输层远离所述ITO电极的一侧，所述空穴传输层形成在所述吸光层远离所述ITO电极的一侧，所述阴极形成在所述空穴传输层远离所述ITO电极的一侧；
其中，所述电子传输层的材料为二氧化锡量子点，形成所述电子传输层的步骤包括：
将氯化锡溶解在乙二醇中，然后调节pH为1～7，制备前驱体；
将所述前驱体在200℃-300℃下退火1h，制备二氧化锡量子点；
将所述二氧化锡量子点分散在碱性溶液中，制备分散液；
将所述分散液旋涂在所述过渡层上，然后在180℃退火处理30min，形成电子传输层；或者，
所述电子传输层的材料为二氧化锡纳米粉末，形成所述电子传输层的步骤包括；将二氧化锡纳米粉末与酒精混合后，旋涂在所述过渡层上，然后在180℃退火处理30min，形成电子传输层。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述吸光层的材料为Cs0.05FAxMA1-xPb(IxBr1-x)3钙钛矿材料，x的值为0.75～0.85，采用旋涂的方法形成所述吸光层。
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