一种消除钙钛矿电池滞后现象的界面修饰方法技术

本发明专利技术公开了一种消除钙钛矿电池滞后现象的界面修饰方法，采用光热交联的方式将富勒烯衍生物固化形成界面修饰层，从而消除钙钛矿太阳电池滞后效应，步骤为：(1)首先配制6,6‑苯基‑C61丁酸甲酯和4,4'‑双(叠氮基甲基)‑1,1'‑联苯的混合溶液；(2)将步骤(1)配置的混合溶液滴到基片上，在匀胶后经过热处理或者紫外光处理，固化形成界面修饰层。该方法简便快捷，所制得的界面层具有疏水性好而且稳定性高的优点。采用该方法制备的钙钛矿器件克服了滞后效应，获得优异的器件性能。

【技术实现步骤摘要】
一种消除钙钛矿电池滞后现象的界面修饰方法
本专利技术属于光电材料与
，具体涉及一种消除钙钛矿电池滞后现象的界面修饰方法。
技术介绍
近些年来以钙钛矿为吸光材料的新型太阳能电池发展迅猛，制备出了不同的器件结构，人们依据空穴传输层和电子传输层位置的不同将其归类为正置器件和倒置器件两大类，并且转化效率不断地提升，具有较大的商业应用前景。正置器件最先是基于作为纳米框架材料的介孔TiO2和作为电子传输材料的致密TiO2制备的，在这里TiO2层起着关键作用，由于它的能级与钙钛矿相匹配，并且能够有效阻挡空穴。这种正置的器件在效率转换方面依然保持着较高的记录，但器件性能还存在严重的滞后问题，具体说就是器件的J-V特性曲线与器件测试过程中的扫描方向和扫描速度存在依赖性关系。为了有效地解决这些问题，一些金属氧化物电子传输材料如氧化铟锡，氧化钨，氧化锌，氧化铟，氧化铬等被用来代替TiO2，但是由于金属氧化物的带隙相对较小，不能有效地阻挡空穴。近来在倒置器件中富勒烯或其衍生物作为电子传输层却表现出比正置器件更小的滞后问题，受此启发，可以将富勒烯衍生物作为界面改性材料引入到TiO2表面。例如，Snaith等人使用自组装单层富勒烯(C60-SAM)修饰TiO2表面，实验结果表明开路电压(VOC)损失的减少是由于钙钛矿和TiO2界面处的缺陷态被C60-SAM的钝化有效抑制了，同时滞后显著降低。但由于C60-SAM层的沉积需要很长时间(超过10小时)，对实验室研究和规模化生产都是困难的。还有通过不同厚度的C60薄膜来调节TiOX薄膜的表面能，通过PC61BM来修饰溶液处理的TiO2和低温溶液处理的TiOX，进而使器件表现出完美的性能和可以忽略的滞后性，但是由于PCBM溶于二甲基甲酰胺(DMF)，这就需要在高真空中通过热蒸发来沉积PbI2薄膜，其制备过程复杂耗时。最近，通过用合成的不溶于DMF的富勒烯衍生物(PCBB-2CN-2C8)来修饰TiO2表面，这种修饰导致了TiO2表面的钝化作用，进而提高了电流提取的稳定性和器件的VOC，但合成具有多官能团的三嵌段富勒烯衍生物需要五步之多，且在合成反应过程中有些步骤是高度复杂的。以上分析清楚地表明，富勒烯及其衍生物是较好的界面修饰材料，可有效钝化钙钛矿晶界，并降低陷阱态的密度和滞后现象。因此，急需要发展出一种简单快速加工，高效收集电子和阻挡空穴，且不溶于DMF的界面修饰方法。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中界面材料制备时间长、层间侵蚀、合成复杂等不足，更好的解决钙钛矿电池存在的滞后现象，本专利技术的目的是提供了一种消除钙钛矿电池滞后现象的界面修饰方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种消除钙钛矿电池滞后现象的界面修饰方法，采用光热交联的方式将富勒烯衍生物固化形成界面修饰层，从而消除钙钛矿太阳电池滞后效应，步骤为：(1)首先配制6,6-苯基-C61丁酸甲酯(PC61BM)和4,4'-双(叠氮基甲基)-1,1'-联苯(BAMB)的混合溶液；(2)将步骤(1)配置的混合溶液滴到基片上，在匀胶后经过热处理或者紫外光处理，固化形成界面修饰层。所述步骤(1)中，混合溶液的配制方法为：向氯苯中加入6,6-苯基-C61丁酸甲酯(PC61BM)粉体，搅拌均匀后将含有6,6-苯基-C61丁酸甲酯(PC61BM)的氯苯溶液中加入4,4'-双(叠氮基甲基)-1,1'-联苯(BAMB)粉体，搅拌均匀即得到6,6-苯基-C61丁酸甲酯(PC61BM)和4,4'-双(叠氮基甲基)-1,1'-联苯(BAMB)的混合溶液。优选的，所述混合溶液中，6,6-苯基-C61丁酸甲酯粉体(PC61BM)和氯苯的固液比为10mg/mL，4,4'-双(叠氮基甲基)-1,1'-联苯(BAMB)粉体与氯苯的固液比为5mg/mL。优选的，所述步骤(2)中，基片是掺氟氧化铟锡/氧化钛基底。优选的，所述步骤(2)中，匀胶时的具体操作是将基片放置到匀胶机上以每分钟4000转匀胶10-50秒。优选的，所述步骤(2)中，热处理温度为160℃，时间为15～30min。优选的，所述步骤(2)中，紫外光处理的紫外照射波长为235nm，时间为30～60min。有益效果：该方法采用商用的相关材料通过光热交联的方式固化形成界面修饰层，制备方法简单便捷，耗时短，同时稳定性好不溶于钙钛矿前驱体溶液，疏水的性质也有助于后续钙钛矿薄膜的制备，而不会出现层间侵蚀现象。采用交联的方法，可以克服单一富勒烯及富勒烯衍生物作为界面修饰时，需要利用真空蒸镀的方法制备钙钛矿薄膜，从而有利于简化制备工艺，降低试验能耗。通过调节两种材料的比例及交联处理的时间和途径可以同时实现较好的界面性能和快捷的制备，形成后的界面除了稳定性较好，而且还具有疏水性，这一性质对于钙钛矿薄膜的结晶和晶粒的生长具有很好的促进作用。另外，这种界面修饰氧化钛制备的太阳能电池也表现出较好的光伏特性。总之，通过简单快捷的处理方式PC61BM和BAMB形成稳定的界面层，完全消除了钙钛矿太阳能电池存在的滞后效应。附图说明图1为界面材料及其界面修饰层形成过程示意图；图2为在氧化钛和界面上制备的钙钛矿薄膜形貌；图3为未添加界面和添加界面后器件的J-V特性曲线。具体实施方式本专利技术的一种消除钙钛矿电池滞后现象的界面修饰方法，采用光热交联的方式将富勒烯衍生物固化形成界面修饰层，从而消除钙钛矿太阳电池滞后效应，步骤为：(1)首先配制6,6-苯基-C61丁酸甲酯(PC61BM)和4,4'-双(叠氮基甲基)-1,1'-联苯(BAMB)的混合溶液；混合溶液的配制方法为：向氯苯中加入6,6-苯基-C61丁酸甲酯(PC61BM)粉体，搅拌均匀后将含有6,6-苯基-C61丁酸甲酯(PC61BM)的氯苯溶液中加入4,4'-双(叠氮基甲基)-1,1'-联苯(BAMB)粉体，搅拌均匀即得到6,6-苯基-C61丁酸甲酯(PC61BM)和4,4'-双(叠氮基甲基)-1,1'-联苯(BAMB)的混合溶液；其中，6,6-苯基-C61丁酸甲酯粉体(PC61BM)和氯苯的固液比为10mg/mL，4,4'-双(叠氮基甲基)-1,1'-联苯(BAMB)粉体与氯苯的固液比为5mg/mL；(2)将步骤(1)配置的混合溶液滴到基片上，在匀胶后经过热处理或者紫外光处理，固化形成界面修饰层；其中，基片是掺氟氧化铟锡(FTO)/氧化钛(TiO2)基底，是将TiO2匀胶到FTO基底上，形成的FTO/TiO2基底。该方法简便快捷，所制得的界面层具有疏水性好而且稳定性高的优点。具体表现为低温热处理十几分钟，在钙钛矿的前驱体匀胶过程中界面薄膜形貌保持完好，上层钙钛矿薄膜晶粒尺寸较大而且均一。采用该方法制备的钙钛矿器件克服了滞后效应，获得优异的器件性能。以下通过若干实施例对本专利技术做进一步说明，根据下述实施例，可以更好的理解本专利技术。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本专利技术，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本专利技术。下述实施例中：FTO：掺氟氧化铟锡；PC61BM：6,6-苯基-C61丁酸甲酯；BAMB：4,4'-双(叠氮基甲基)-1,1'-联苯。实施例1一种消除钙钛矿电池滞后现象的界面修饰方法，包括以下步骤：(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种消除钙钛矿电池滞后现象的界面修饰方法，其特征在于：采用光热交联的方式将富勒烯衍生物固化形成界面修饰层，从而消除钙钛矿太阳电池滞后效应，步骤为：(1)首先配制6,6‑苯基‑C61丁酸甲酯和4,4'‑双(叠氮基甲基)‑1,1'‑联苯的混合溶液；(2)将步骤(1)配置的混合溶液滴到基片上，在匀胶后经过热处理或者紫外光处理，固化形成界面修饰层。

【技术特征摘要】
1.一种消除钙钛矿电池滞后现象的界面修饰方法，其特征在于：采用光热交联的方式将富勒烯衍生物固化形成界面修饰层，从而消除钙钛矿太阳电池滞后效应，步骤为：(1)首先配制6,6-苯基-C61丁酸甲酯和4,4'-双(叠氮基甲基)-1,1'-联苯的混合溶液；(2)将步骤(1)配置的混合溶液滴到基片上，在匀胶后经过热处理或者紫外光处理，固化形成界面修饰层。2.根据权利要求1所述的消除钙钛矿电池滞后现象的界面修饰方法，其特征在于：所述步骤(1)中，混合溶液的配制方法为：向氯苯中加入6,6-苯基-C61丁酸甲酯粉体，搅拌均匀后将含有6,6-苯基-C61丁酸甲酯的氯苯溶液中加入4,4'-双(叠氮基甲基)-1,1'-联苯粉体，搅拌均匀即得到6,6-苯基-C61丁酸甲酯和4,4'-双(叠氮基甲基)-1,1'-联苯的混合溶液。3.根据权利要求2所述的消除钙钛矿电池滞后现象的界...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖文勇，雷刚，徐巍栋，黄维，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32