超声喷涂技术制备TiO₂电子传输层（ETL）时，需兼顾其光电性能（高电子迁移率、低缺陷态）与薄膜质量

（均匀性、致密度、与基底附着力），尤其适用于钙钛矿太阳能电池、染料敏化电池等器件。以下是关键技术要点：

　　一、TiO₂前驱体溶液的精准配制

　　前驱体溶液的稳定性与化学特性直接影响TiO₂的结晶性与电子传输能力，需重点调控：

　　1.钛源与溶剂选择

　　–钛源：常用钛酸四丁酯（TBOT）、钛酸四异丙酯（TTIP）或无机钛盐（如硝酸氧钛），其中TBOT因水解

可控性强为优选；

　　–溶剂体系：采用醇类混合溶剂（如乙醇:异丙醇=3:1体积比），添加5–10vol%乙酸（延缓水解，避免过快

生成TiO₂颗粒），或少量去离子水（0.5–1vol%，促进适度水解形成溶胶）。

　　2.溶液参数优化

　　–浓度：钛源浓度控制在0.05–0.3mol/L（过低导致薄膜不连续，过高易堵塞喷头或形成厚膜裂纹）；

　　–粘度与pH：粘度需在2–10mPa·s（通过溶剂比例调节），pH调至2–4（用稀盐酸或硝酸，抑制过度水解团聚）；

　　–稳定性处理：溶液配制后需磁力搅拌30分钟，静置老化2–4小时（形成稳定溶胶），使用前经0.22μm滤头

过滤（去除未溶物）。

　　二、基底预处理与适配性

　　TiO₂电子传输层需与基底（如FTO、ITO玻璃或柔性导电基底）形成良好欧姆接触，预处理需满足：

　　1.通用清洁流程

　　–依次用中性洗涤剂、去离子水、丙酮、乙醇各超声清洗15分钟（功率≤100W），氮气吹干；

　　–基底为导电玻璃（FTO/ITO）时，额外进行UV-臭氧处理20分钟或氧气等离子体刻蚀（50W，3分钟），

去除表面有机物，暴露活性位点（如FTO表面的Sn⁴⁺）。

　　2.特殊基底处理

　　–柔性基底（如ITO/PET）：避免高温处理，预处理温度≤60°C，等离子体功率降至30W（防止基底变形）；

　　–多孔基底（如TiO₂介孔层）：需预先干燥（80°C，10分钟），确保孔道无水分，避免影响前驱体渗透。

　　三、超声喷涂核心参数调控

　　通过参数协同实现TiO₂薄膜的均匀沉积与可控厚度（通常20–100nm，致密层需求）：

　　1.雾化与沉积参数

　　–超声频率：选用40–60kHz（低频利于溶胶分散，避免团聚，形成均匀涂层）；

　　–功率与流量：功率3–6W，溶液流量0.2–0.8mL/min（实验室规模，基底10×10cm²），功率过高铁源易水

解过快，导致涂层粗糙；

　　–喷头配置：喷头与基底间距4–6cm，移动速度5–15mm/s，载气（氮气）压力0.05–0.1MPa（气流需稳定，

避免雾流紊乱导致的厚度波动）。

　　2.多层沉积策略

　　–采用“薄涂多次”（3–5次），每次涂布后室温干燥1分钟，再进行下一次，总厚度通过次数精准控制

（单次厚度5–20nm）；

　　–层间可轻微加热（40–60°C，30秒）促进溶剂挥发，避免层间混合导致的成分不均。

　　四、后处理与结晶调控

　　TiO₂需经退火形成锐钛矿相（电子迁移率最高），工艺需匹配基底耐温性：

　　1.退火工艺

　　–刚性基底（玻璃）：

　　分步退火：100°C（10分钟，去除残留溶剂）→450–500°C（30分钟，诱导锐钛矿结晶），升温速率5°C/min；

　　–柔性基底（PET/PI）：

　　低温结晶：120–150°C（60分钟）+紫外光照射（λ=365nm，功率100mW/cm²，30分钟），通过

光催化辅助结晶（替代高温）。

　　2.结晶质量提升

　　–退火氛围：空气或氧气氛围（促进Ti⁴⁺稳定，减少氧空位缺陷）；

　　–添加剂辅助：前驱体中添加0.1–0.5mol%的Zn²⁺或Nb⁵⁺离子（如硝酸锌、硝酸铌），可细化晶粒

（尺寸5–20nm），提升电子迁移率（＞1cm²/(V·s)）。

　　五、性能验证指标

　　–形貌：SEM观察薄膜连续无针孔，AFM检测粗糙度Ra＜5nm；

　　–结晶性：XRD在2θ=25.3°（锐钛矿(101)晶面）有强衍射峰，无金红石相（27.4°）；

　　–光电性能：暗态电导率＞10⁻⁴S/cm，光致发光淬灭效率＞90%（与钙钛矿层匹配时）。

　　超声喷涂制备TiO₂电子传输层的核心是“前驱体稳定性-雾化均匀性-结晶可控性”的协同：通过优化

溶胶配方抑制过度水解，调控超声参数实现均匀沉积，结合基底适配的退火工艺诱导锐钛矿相形成。该技

术适用于大面积器件制备，关键在于平衡薄膜致密度与电子传输性能，同时通过掺杂与氛围控制减少缺

陷，提升器件整体效率。