一种铁盐掺杂Spiro-OMeTAD的空穴传输层及含该空穴传输层的太阳能电池制造技术

技术编号:18460054 阅读:1384 留言:0更新日期:2018-07-18 13:12
本发明专利技术公开了一种铁盐掺杂Spiro‑OMeTAD的空穴传输层及含该空穴传输层的太阳能电池。本发明专利技术太阳能电池从下至上依次包括导电基底,电子传输层,介孔层,钙钛矿层,FeCl3掺杂Spiro‑OMeTAD的空穴传输层,金属电极。所述空穴传输层采用将FeCl3溶液滴加至Spiro‑OMeTAD溶液中并将混合溶液旋涂至钙钛矿层上获用。本发明专利技术使用FeCl3作为掺杂剂掺杂Spiro‑OMeTAD,能够大幅度提高钙钛矿太阳能电池能量转换效率,采用该空穴传输材料的器件效率可达17.2%。

A hole transport layer doped with Spiro-OMeTAD by iron salt and solar cell containing the hole transport layer

The invention discloses a hole transporting layer doped with iron salt doped with Spiro OMeTAD and a solar cell containing the hole transport layer. The solar cell consists of the conductive substrate, the electron transport layer, the mesoporous layer, the calcium titanium ore layer, and the hole transmission layer of the FeCl3 doped Spiro OMeTAD, and the metal electrode. The hole transport layer is used to drop the FeCl3 solution into the Spiro OMeTAD solution and spin the mixed solution onto the calcium titanium layer. The invention uses FeCl3 as dopant to doped Spiro OMeTAD, which can greatly improve the energy conversion efficiency of the perovskite solar cell, and the efficiency of the device using the hole transmission material can reach 17.2%.

【技术实现步骤摘要】
一种铁盐掺杂Spiro-OMeTAD的空穴传输层及含该空穴传输层的太阳能电池
本专利技术属于太阳能电池
,涉及一种FeCl3掺杂Spiro-OMeTAD的空穴传输层及其制备方法,以及含用该空穴传输层的钙钛矿太阳能电池。
技术介绍
钙钛矿太阳能电池是使用钙钛矿型半导体材料做为光敏层,由染料敏化太阳能电池发展而来的一种新型太阳能电池,是发展最迅速的一种太阳能电池技术,由2009年发展至今效率已经突破22.1%。Spiro-OMeTAD是现今钙钛矿太阳能电池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(~10-5cm2V-1s-1),在正常制备器件时需要添加许多添加剂,比如LiTFSI,TBP等掺杂剂以获得更好的电池性能。LiTFSI能够显著提升电导率和Spiro-OMeTAD的空穴迁移率,而TBP的作用则是辅助Li-TFSI,使其在Spiro-OMeTAD的分布更为均匀,调控空穴传输层的形貌,抑制载流子复合等。然而仅仅是用上述两种掺杂剂并不能获得很好的电池性能,通常有机空穴传输材料还需要进行其他类型掺杂。最为常见的为氧气掺杂,但是氧气掺杂过程不可控,且掺杂稳定性不高。为了获得更加稳定以及重复性较好的器件,N(PhBr)3SbCl6,F4-TCNQ,SnCl4,AgTFSI,CuI以及钴的配合物(比如FK102和FK209等)等均被报道作为化学掺杂剂添加到Spiro-OMeTAD。其中,由FK209掺杂的器件展现出优异的性能。但是,由于其合成过程复杂且对纯度要求相对较高,使得其较为昂贵,仅限于实验室研究,不适于真正商业化大规模应用。所以,找到一种低成本高效掺杂剂对于钙钛矿太阳能电池是至关重要的。
技术实现思路
本专利技术针对目前钙钛矿太阳能电池有机空穴传输层迁移率低,需要昂贵掺杂剂掺杂等问题,提供了一种廉价的掺杂剂掺杂的有机空穴传输层及其制备方法。掺杂后能够有效氧化Spiro-OMeTAD,并降低材料的HOMO能级,提升材料空穴迁移率,以提升器件能量转换效率。工艺简单,且获得了较好的器件性能。本专利技术的目的之一在于提供一种太阳能电池的空穴传输层。本专利技术的另一目的在于提供一种含上述空穴传输层的太阳能电池及其制备方法。本专利技术所采取的技术方案是:一种太阳能电池的空穴传输层,该空穴传输层为FeCl3掺杂的Spiro-OMeTAD空穴传输层。进一步的,该空穴传输层的制备方法为:将FeCl3溶液、双三氟甲基磺酸亚酰胺锂溶液、4-叔丁基吡啶滴加至Spiro-OMeTAD溶液中,将该混合溶液旋涂至钙钛矿层上,所得涂层即为空穴传输层。进一步的,所述混合溶液中Spiro-OMeTAD的摩尔浓度为42~70mM,FeCl3的浓度是Spiro-OMeTAD摩尔浓度的0.4~1.4倍,优选是0.8~1倍,最优选是0.8倍。进一步的,所述混合溶液中双三氟甲基磺酸亚酰胺锂的浓度为6~10mg/mL,4-叔丁基吡啶的浓度为1.8~3.2%v/v。进一步的,所述FeCl3溶液的溶剂选自乙腈、氯仿、丙酮中的至少一种;所述双三氟甲基磺酸亚酰胺锂溶液的溶剂选自乙腈、γ-丁内酯中的至少一种;所述Spiro-OMeTAD溶液的溶剂选自氯苯、二氯苯、乙腈中的至少一种。进一步的,该空穴传输层厚度为60~160nm。一种钙钛矿太阳能电池,该太阳能电池含有空穴传输层,所述空穴传输层为上述任一项所述的以FeCl3掺杂的Spiro-OMeTAD空穴传输层。进一步的,该太阳能电池还含有导电基底,电子传输层,介孔层,钙钛矿层和金属电极,并且从下到上依次由导电基底、电子传输层、介孔层、钙钛矿层、空穴传输层和金属电极组成。进一步的,所述导电基底为FTO;进一步的,所述电子传输层为致密层TiO2,厚度为40~70nm;进一步的,所述介孔层为介孔TiO2;进一步的,所述钙钛矿层材料选自CH3NH3PbI3或/和Csx(FA0.83MA0.17)(1-x)Pb(Br0.17I0.83)3,其中0≤x≤0.1;进一步的,所述金属电极为金或银,电极厚度为50~120nm。上述任一项所述钙钛矿太阳能电池的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:1)将导电基底依次用水、丙酮、无水乙醇超声清洗,吹干;2)将洗净的导电基底经紫外臭氧处理10~20min,放入TiCl4-盐酸水溶液中,67~73℃水解,水解后用水洗干净,在430~480℃下烧25~35min,得电子传输层;3)将质量比为1:5~7的TiO2和无水乙醇溶液旋涂在电子传输层表面,旋涂的转速为3500~4500rpm,时间为15~25s;随后按95~105℃、8~12min,430~480℃、25~35min进行退火处理,再自然冷却,得介孔层;4)将FAI,PbI2,MABr,PbBr2,CsI按照摩尔比1:(0.8~1.2):(0.18~0.22):(0.18~0.22):(0.06~0.065)溶解在DMF和DMSO的混合液中,DMF和DMSO的体积比3.5~4.5:1,将混合液旋涂在介孔层表面,旋涂条件为900~1100rpm、8~12s,5800~6200rpm、18~22s,在旋涂的最后4~6s内将氯苯滴在旋转的玻璃片上做反溶剂处理,随后在95~105℃下退火0.8~1.2h,得钙钛矿层;5)按上述任一项所述方法在钙钛矿层上制备空穴传输层;6)采用热蒸发的方式在空穴传输层上沉积金属电极。本专利技术的有益效果是:(1)本专利技术提供了一种以FeCl3掺杂Spiro-OMeTAD为空穴传输层的钙钛矿太阳能电池以及基于FeCl3掺杂Spiro-OMeTAD的空穴传输层的制备方法,工艺简单,FeCl3掺杂成本较低,且可以提升Spiro-OMeTAD电荷传输性质,提升电池器件的能量转换效率。(2)本专利技术采用FeCl3掺杂的Spiro-OMeTAD作为空穴传输层,对比于传统的FK209掺杂,本专利技术提供了一种廉价高效的Spiro-OMeTAD空穴传输层及其制备方法。附图说明图1为本专利技术含FeCl3掺杂Spiro-OMeTAD的空穴传输层的太阳能电池的结构示意图;图2是实施例1(Spiro-OMeTAD/FeCl3)、对比例1(Spiro-OMeTAD)和对比例2(Spiro-OMeTAD/FK209)中制备的钙钛矿太阳能电池性能对比图;图3是实施例1(Spiro-OMeTAD/FeCl3)、对比例1(Spiro-OMeTAD)和对比例2(Spiro-OMeTAD/FK209)中制备的钙钛矿太阳能电池的IPCE(光电转化效率)检测曲线图;图4是对本专利技术太阳能电池的紫外可见光吸收(a)、循环伏安(b)、光谱电化学数据(c)的曲线图,图中Spiro+FeCl3表示纯Spiro-OMeTAD掺杂FeCl3,Spiro表示纯Spiro-OMeTAD;图5表示FeCl3掺杂可以在掺杂LiTFSI和TBP的基础上提升空穴迁移率的结果图,图中“Spiro/Li/TBP/FeCl3”表示本专利技术所述(实施例1)空穴传输层,“Spiro”表示纯Spiro-OMeTAD薄膜,“Spiro/Li/TBP”表示对比例1所述空穴传输层。具体实施方式一种太阳能电池的空穴传输层,该空穴传输层为FeCl3掺杂的Spiro-OMeTAD空穴传输层。优选的,该空穴传输层本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种太阳能电池的空穴传输层,其特征在于,该空穴传输层为FeCl3掺杂的Spiro‑OMeTAD空穴传输层。

【技术特征摘要】
1.一种太阳能电池的空穴传输层,其特征在于,该空穴传输层为FeCl3掺杂的Spiro-OMeTAD空穴传输层。2.根据权利要求1所述的空穴传输层,其特征在于,该空穴传输层的制备方法为:将FeCl3溶液、双三氟甲基磺酸亚酰胺锂溶液、4-叔丁基吡啶滴加至Spiro-OMeTAD溶液中,将该混合溶液旋涂至钙钛矿层上,所得涂层即为空穴传输层。3.根据权利要求2所述的空穴传输层,其特征在于,所述混合溶液中Spiro-OMeTAD的摩尔浓度为42~70mM,FeCl3的浓度是Spiro-OMeTAD摩尔浓度的0.4~1.4倍。4.根据权利要求2所述的空穴传输层,其特征在于,所述混合溶液中双三氟甲基磺酸亚酰胺锂的浓度为6~10mg/mL,4-叔丁基吡啶的浓度为1.8~3.2%v/v。5.根据权利要求2所述的空穴传输层,其特征在于,所述FeCl3溶液的溶剂选自乙腈、氯仿、丙酮中的至少一种;所述双三氟甲基磺酸亚酰胺锂溶液的溶剂选自乙腈、γ-丁内酯中的至少一种;所述Spiro-OMeTAD溶液的溶剂选自氯苯、二氯苯、乙腈中的至少一种。6.根据权利要求1所述的空穴传输层,其特征在于,该空穴传输层厚度为60~160nm。7.一种钙钛矿太阳能电池,其特征在于,该太阳能电池含有空穴传输层,所述空穴传输层为权利要求1~6任一项所述的以FeCl3掺杂的Spiro-OMeTAD空穴传输层。8.根据权利要求7所述的钙钛矿太阳能电池,其特征在于,该太阳能电池还含有导电基底,电子传输层,介孔层,钙钛矿层和金属电极,并且从下到上依次由导电基底、电子传输层、介孔层、钙钛矿层、空穴传输层和金属电极组成。9.根据权利要求8所述的钙钛矿太阳能电池,其...

【专利技术属性】
技术研发人员:鲁统部顾晓宇穆延飞张敏
申请(专利权)人:天津理工大学
类型:发明
国别省市:天津,12

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