有机胺作为界面修饰层的钙钛矿太阳能电池及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种以含羟基的有机胺作为界面修饰层的钙钛矿太阳能电池，包括透明导电层、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和背电极层，其中钙钛矿吸收层与电子传输层或空穴传输层之间设置有一层界面修饰层，其特征在于，所述界面修饰层为含羟基的有机胺，其结构通式为：R(OH)x(NH2)y，其中R为C1‑C12的烷基、取代或未取代的芳基，x≥2，y≥1。采用本发明专利技术所提供的含羟基的有机胺作为界面修饰层，提高了电子传输层或空穴传输层的亲和力，实现了更好的载流子运输，减少电子复合；所制备的钙钛矿太阳能电池的的光电转换效率可达20.38％。

Perovskite Solar Cells with Organic Amines as Interface Modification Layers and Their Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
有机胺作为界面修饰层的钙钛矿太阳能电池及制备方法
本专利技术涉及钙钛矿太阳能电池
，尤其涉及一种有机胺作为界面修饰层的钙钛矿太阳能电池及制备方法。
技术介绍
太阳能电池利用光生伏特效应将太阳光能直接转化为电能，是利用太阳能最为有效的手段之一。器件寿命和光电转换效率(PCE)是决定太阳能电池的最终发电成本的两个关键因素。近年来，有机无机杂化钙钛矿太阳能电池以其效率高、制备简单、成本低的优势获得了学术界和产业界的众多关注。钙钛矿太阳能电池的光电转换效率在过去短短几年内迅速提升至23.7％，已经超过了商业化的碲化镉和铜铟镓硒太阳能电池，是发展最快的一类薄膜太阳能电池。为了进一步提高钙钛矿太阳能电池的性能，研究人员在钙钛矿薄膜的制备方法、新型器件结构的设计、钙钛矿结构的组成工程和界面改性等方面做出许多努力，其中界面改性，特别是电子传输层/钙钛矿界面的改性，通过促进电荷的提取，减少电荷的复合，避免漏电流，控制钙钛矿晶体的生长，是被广泛应用于提高器件性能的有效方法。常用的界面修饰层材料有二甲基亚砜，吡啶，乙醇，萘硫醇等，这些物质可以在一定程度上起到界面修饰和钝化的效果，但此类界面修饰材料通常是通过范德华力或氢键作用来减少缺陷，而范德华力或氢键作用相对较弱；也有一些研究开展了单含单一羟基有机胺化合物作为界面修饰层，但仅仅依靠单羟基的有机胺的化学键，作用力仍然较弱，因此经以上所述两类物质修饰的钙钛矿电池的电子传输层或空穴传输层与钙钛矿吸收层之间的界面缺陷仍然很严重，影响了钙钛矿电池的稳定性和光电转换效率。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种以有机胺作为界面修饰层的钙钛矿太阳能电池及制备方法，通过提高电子传输层或空穴传输层的亲和力，实现了载流子有效的传输，降低了电子传输层或空穴传输恩公与钙钛矿吸收层之间的界面缺陷，所制备的钙钛矿电池的稳定性和光电转换效率得到明显的提升。以有机胺作为界面修饰层的钙钛矿太阳能电池，包括透明导电层、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和背电极层，其中钙钛矿吸收层与电子传输层或空穴传输层之间设置有一层界面修饰层，所述界面修饰层为含羟基的有机胺，其结构通式为：R(OH)x(NH2)y，其中R为C1-C12的烷基、取代或未取代的芳基，x≥2，y≥1。如上所述的以有机胺作为界面修饰层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：1)在透明导电层上制备电子传输层或空穴传输层；2)在电子传输层或空穴传输层上沉积所述有机胺溶液，得到界面修饰层；3)在界面修饰层上制备钙钛矿吸收层；4)在钙钛矿吸收层上制备空穴传输层或电子传输层；5)在空穴传输层或电子传输层上制备背电极层。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术通过含羟基的有机胺作为界面修饰层，一方面提高了电子传输层或空穴传输层的亲和力，提高了钙钛矿薄膜的质量，从而在电子传输层或空穴传输层与钙钛矿吸收层界面上实现了更好的载流子运输，减少电子复合。另一方面，提高了电荷收集效率，同时使得界面之间的缺陷减少，减少了界面的能量壁垒，同时提高装置的稳定性和光电转换效率。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图用来提供对本专利技术技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本专利技术的技术方案，并不构成对本专利技术技术方案的限制。图1为本专利技术的钙钛矿太阳能电池的正式结构图；图2为本专利技术的钙钛矿太阳能电池的反式结构图；图3为本专利技术实施例中有机胺的结构图；图4为本专利技术实施例中有机胺的结构图。附图标记说明101-透明导电衬底、102-电子传输层、103-钙钛矿吸收层、104-空穴传输层、105-背电极层具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例的附图，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种以有机胺作为界面修饰层的钙钛矿太阳能电池，包括透明导电层、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和背电极层，其中钙钛矿吸收层与电子传输层或空穴传输层之间设置有一层界面修饰层，其特征在于，界面修饰层为含羟基的有机胺，其结构通式为：R(OH)x(NH2)y，其中R为C1-C12的烷基、取代或未取代的芳基，x≥2，y≥1。有机胺化合物中有较多的羟基和氨基时，拥有更多可以与钙钛矿吸收层中的铅离子相互作用的反应基团之间，通过路易斯酸碱例子相互作用来填补铅离子的缺陷，使界面接触更加牢固，提高了电子传输层或空穴传输层之间的电子传输性能。本专利技术还提供了一种上述以有机胺作为界面修饰层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括：1)在透明导电层上制备电子传输层或空穴传输层；2)在电子传输层或空穴传输层上沉积所述含羟基的有机胺溶液，得到界面修饰层；3)在界面修饰层上制备钙钛矿吸收层；4)在钙钛矿吸收层上制备空穴传输层或电子传输层；5)在空穴传输层或电子传输层上制备背电极层。界面修饰层的制备方法采用旋涂含羟基的有机胺溶液的方法，其中含羟基的有机胺溶液的浓度为0.05mM-5mM(mmol/L)，在此浓度范围内，有机胺溶液的粘度适中，可以得到均匀平整的界面钝化层薄膜；旋涂速度为3000rpm-6000rpm，旋涂时间为10s-50s，保证所制备界面修饰膜层的均匀性和达到所需要的厚度5nm-20nm。可以理解的，界面修饰层的制备方法还可以采用刮涂、喷涂、狭缝涂布等，根据制备界面修饰层的膜层面积大小及实验条件等进行选择。本专利技术所提供的钙钛矿太阳能电池包括正式结构和反式结构，正式结构如图1所示，包括依次设置的透明导电层101、电子传输层102、钙钛矿吸收层103、空穴传输层104和背电极层105；反式结构如图2所示包括依次设置的透明导电层101、空穴传输层102、钙钛矿吸收层103、电子传输层104和背电极层105。透明导电层包括但不限于氧化物材料，例如掺氟氧化锡(FTO)、掺铟氧化锡(ITO)或掺铝氧化锌(AZO)等；金属材料，例如Au、Al、Pt等。透明导电层的制备方法包括但不限于磁控溅射、蒸镀、原子层沉积，透明导电层的厚度为50nm-700nm。电子传输层包括但不限于无机物类材料，例如氧化钛(TiO2)、氧化锡(SnO2)和氧化锌(ZnO)等；有机物类材料，例如富勒烯衍生物等；以及它们的组合。电子传输层的制备方法包括但不限于溶液法、化学气相沉积法、磁控溅射法等，电子传输层的膜厚度为10nm-500nm。空穴传输层包括但不限于有机物类材料，例如Spiro-OMeTAD(2，2′，7，7′-四[N，N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9，9′-螺二芴)；有机金属盐，例如酞菁铜等；聚合物类材料，例如PTAA(聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺])等；无机类材料，例如CuI、CuSCN等。空穴传输层的制备方法包括但不限于刮涂、旋涂、蒸发、气相输运沉积等，空穴传输层的厚度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.有机胺作为界面修饰层的钙钛矿太阳能电池，包括透明导电层、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和背电极层，其中钙钛矿吸收层与电子传输层或空穴传输层之间设置有一层界面修饰层，其特征在于，所述界面修饰层为含羟基的有机胺，其结构通式为：R(OH)x(NH2)y，其中R为C1‑C12的烷基、取代或未取代的芳基，x≥2，y≥1。

【技术特征摘要】
1.有机胺作为界面修饰层的钙钛矿太阳能电池，包括透明导电层、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和背电极层，其中钙钛矿吸收层与电子传输层或空穴传输层之间设置有一层界面修饰层，其特征在于，所述界面修饰层为含羟基的有机胺，其结构通式为：R(OH)x(NH2)y，其中R为C1-C12的烷基、取代或未取代的芳基，x≥2，y≥1。2.如权利要求1所述的有机胺作为界面修饰层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：1)在透明导电层上制备电子传输层或空穴传输层；2)在电子传输层或空穴传输层上沉积所述有机胺溶液，得到界面修饰层；3)在界面修饰层上制备钙钛矿吸收层；4)在钙钛矿吸收层上制备空穴传输...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏文超，唐泽国，
申请(专利权)人：北京宏泰创新科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11