一种快速提升基于有机空穴传输层钙钛矿太阳能电池性能的工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种快速提升基于有机空穴传输层钙钛矿太阳能电池性能的工艺。一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，在钙钛矿吸光层上涂覆含有机空穴传输材料的溶液后采用热处理进行退火以制备空穴传输层，其中热处理温度为80～120℃，处理时间为30秒～120秒。

A Rapid Process for Improving the Performance of Perovskite Solar Cells Based on Organic Hole Transport Layer

The invention relates to a process for rapidly improving the performance of perovskite solar cells based on organic hole transport layer. The preparation method of a perovskite solar cell is described. The perovskite absorbing layer is coated with a solution containing organic hole transport material and annealed by heat treatment to prepare the hole transport layer. The heat treatment temperature is 80-120 C and the treatment time is 30-120 seconds.

【技术实现步骤摘要】
一种快速提升基于有机空穴传输层钙钛矿太阳能电池性能的工艺
本专利技术属于太阳能电池
，尤其涉及一种提升太阳能电池性能的工艺，更具体而言，涉及一种基于空穴传输层的钙钛矿太阳能电池以及提升性能的工艺。
技术介绍
有机无机卤化物钙钛矿太阳能电池由于其超高的效率以及低成本，易于加工制造而受到高度关注。尽管如此，钙钛矿太阳能电池的稳定性问题阻碍了商业化的进一步发展。因此，稳定性是钙钛矿太阳能电池研究的重要课题之一。这包括器件的长期稳定性，也就是寿命，也包括器件的制备工艺的稳定性，也就是重现性、可重复性。有机-无机卤化物钙钛矿材料具有光吸收系数高，激子结合能相对较低，载流子迁移高且传输距离长，电子和空穴的双极传输等光学和电学特性，短短几年之间钙钛矿电池最高认证效率已经达到23.3％。在构成钙钛矿太阳能电池的关键材料中，钙钛矿活性层的成膜质量，电子和空穴传输层的选择和优化对于提升钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性尤为重要，因此一直是钙钛矿太阳能电池领域的研究热点。目前传统高效平面n-i-p型钙钛矿太阳电池通常采用Spiro-OMeTAD作为其空穴传输材料，该材料本征空穴迁移率较低，通常需要通过Li盐掺杂来提高其电学特性。然而Li盐本身具有一定的吸湿性，在大气氛围中不够稳定，这也是钙钛矿电池稳定性较差的原因之一，进而限制了钙钛矿电池的产业化发展及应用。Spiro-OMeTAD薄膜的结晶性和氧化程度不受控，需要放置数天才能发挥其性能，因此需要快速提升性能的制备工艺来缩短电池的生产周期，降低制造成本。此外，由于Li盐掺杂Spiro-OMeTAD材料的不稳定性，也使得器件制备工艺的可重复性较差。
技术实现思路
本专利技术旨在解决目前采用文献中报道的传统Spiro-OMeTAD薄膜的结晶性和氧化程度不受控，处理温度和时间难于精确控制，易出现薄膜表面粗糙、膜的质量不高以及工艺可重复性较差等诸多问题，提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法、即一种快速提升基于有机空穴传输层钙钛矿太阳能电池性能的新工艺。第一本专利技术为一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，在钙钛矿吸光层上涂覆含有机空穴传输材料的溶液后采用热处理进行退火以制备空穴传输层，其中热处理温度为80～120℃，处理时间为30秒～120秒。根据第一专利技术，采用退火处理方式制备空穴传输层薄膜，制备过程中，由于退火过程通常影响器件的电荷产生/复合动力学，退火加热使添加剂溶剂快速挥发，增加结晶度和空穴迁移率。根据本专利技术制备的空穴传输层薄膜表面较为平整、光滑、质地均匀，具有优异的光电转换性能。较佳地，所述有机空穴传输材料为Spiro-OMeTAD、PTAA、P3HTP、PEDOT:PSS中的至少一种。较佳地，所述含有机空穴传输材料的溶液含有：Spiro-OMeTAD、双(三氟甲烷)磺酰亚胺锂盐、4-叔丁基吡啶和钴配合物FK209。较佳地，所述钙钛矿吸光层通过如下方法制备：以金属卤化物和有机胺卤化物为原料，配制有机无机杂化钙钛矿前驱体；将配制的有机无机杂化钙钛矿前驱体涂覆与基底上。较佳地，所述钙钛矿吸光层为Cs0.05(FA0.83MA0.17)0.95Pb(I0.83Br0.17)3、MAPbI3中的至少一种。第二专利技术为一种根据上述任一制备方法制备的钙钛矿太阳能电池。根据第二专利技术，钙钛矿太阳能电池中的空穴传输层薄膜表面较为平整、光滑、质地均匀，因此该钙钛矿太阳能电池具有优异的光电转换性能。所述钙钛矿太阳能电池可从下向上依次包括：透明导电衬底、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层、金属对电极。根据本专利技术，通过对空穴传输层进行短暂的退火处理，所制备的薄膜表面平整，质量较高，结晶性好，具有高的光电转换性能。退火处理可增加器件的填充因子，促进空穴传输材料例如Spiro-OMeTAD的氧化过程，从而提升电池的性能。本专利技术所提供的制备方法耗时短、耗能小、生产效率高且工艺简单，制备条件温和，易于操作，应用前景广阔。附图说明图1示出了实施例和对比例制得的Spiro-OMeTAD薄膜的扫描电镜图。图2示出了实施例和对比例制得的Spiro-OMeTAD薄膜的稳态荧光光谱。图3示出了实施例和对比例制得的基于Spiro-OMeTAD薄膜的钙钛矿太阳能电池的J-V曲线。具体实施方式以下结合附图和下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，附图和下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。本专利技术涉及一种快速提升基于有机空穴传输层钙钛矿太阳能电池性能的工艺。本专利技术采用退火处理法制备钙钛矿太阳能电池中的空穴传输层薄膜。一实施方式中，在钙钛矿吸光层上涂覆含有机空穴传输材料的溶液后采用热处理进行退火以制备空穴传输层。有机空穴传输材料包括但不限于Spiro-OMeTAD(2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴)，PTAA(聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺])，P3HT(聚(3-己基噻吩))，PEDOT:PSS(聚3,4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐)等，尤其优选Spiro-OMeTAD。含有机空穴传输材料的溶液除含有有机空穴传输材料外，还可含有有机添加剂，例如有机锂盐、TBP(4-叔丁基吡啶)和钴配合物FK209等。有机锂盐例如为双(三氟甲烷)磺酰亚胺锂盐等。有机空穴传输材料与有机锂盐的摩尔比例如可为1：(0.2～2)。有机空穴传输材料与TBP的摩尔比例如可为1：(1～3)。有机空穴传输材料与FK209的摩尔比例如可为1：(0.05～0.3)。一个示例中，含有机空穴传输材料的溶液通过如下方法配制：将Spiro-OMeTAD的氯苯溶液、双(三氟甲烷)磺酰亚胺锂盐的乙腈溶液、TBP、FK209混合均匀，得到含有机空穴传输材料的溶液。Spiro-OMeTAD的氯苯溶液的浓度可为30～100mg/mL。双(三氟甲烷)磺酰亚胺锂盐的乙腈溶液的浓度可为200～800mg/mL。在钙钛矿吸光层上涂覆含有机空穴传输材料的溶液的方法没有特别限定，例如可以采用旋涂法、浸泡法等溶液方法。旋涂法中，转速可为1000～6000rpm，旋涂时间可为10～60s。热处理方式可为将薄膜置于热板加热。热处理温度可为80～120℃。如果低于80℃，则空穴传输材料无法在短时间内充分氧化；如果高于120℃，则可能对钙钛矿薄膜有破坏作用，引起钙钛矿吸光材料的分解，并造成空穴传输材料的蒸发。更优选地，热处理温度为90～110℃。热处理时间可为30秒～120秒。如果热处理时间过短，则空穴传输材料无法充分氧化；如果热处理时间过长，则可能造成空穴传输材料的蒸发而破坏空穴传输层，并可能对钙钛矿薄膜有破坏作用，引起钙钛矿吸光材料的分解。更优选地，热处理时间为30秒～60秒。热处理环境优选为干燥环境，这样可以避免空穴传输材料中的锂盐吸潮，降低电池性能。通过本专利技术的制备方法，可以快速提升基于有机空穴传输层钙钛矿太阳能电池的性能。钙钛矿吸光层的化学式可表示为ABX3，其中A可采用一价阳离子或混合阳离子，包括但不限于CH3NH3+、NH2-CH＝NH2+、Cs+、Li+、C4H9NH3+、CH6N3+、Na+、K+等。B可采用Pb2+、Sn2+、Ge2+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Cu2+和Ni2+中的至少一种，即B可以是这些离子之一，也可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，在钙钛矿吸光层上涂覆含有机空穴传输材料的溶液后采用热处理进行退火以制备空穴传输层，其中热处理温度为80～120℃，处理时间为30秒～120秒。

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，在钙钛矿吸光层上涂覆含有机空穴传输材料的溶液后采用热处理进行退火以制备空穴传输层，其中热处理温度为80～120℃，处理时间为30秒～120秒。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机空穴传输材料为Spiro-OMeTAD、PTAA、P3HT、PEDOT:PSS中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述含有机空穴传输材料的溶液含有：Spiro-OMeTAD、双(三氟甲烷)磺酰亚胺锂盐、4-叔丁基吡啶和钴配合物FK209。4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿吸光层通过如下方法制备：以金属卤化物和有机胺卤化物为原料，配制有机无机杂化钙钛矿前驱体；将配制的有机无机杂化钙钛矿前驱体涂覆于基底上。5.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨松旺，张博怀，邵君，陈宗琦，赵庆宝，寿春晖，沈曲，邬荣敏，丁莞尔，蒋新伟，沈敏强，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，浙江天地环保科技有限公司，浙江浙能技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31