无掺杂有机小分子空穴传输材料、钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种无掺杂有机小分子空穴传输材料、钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用。上述无掺杂有机小分子空穴传输材料，作为钙钛矿太阳能电池的空穴传输层的材料，十分有利于钙钛矿吸光层空穴的提取，无需掺杂和氧化等步骤，提高了器件的稳定性，低成本高质量的薄膜特性有望促进了钙钛矿太阳能电池大规模商业化生产。商业化生产。商业化生产。

【技术实现步骤摘要】
无掺杂有机小分子空穴传输材料、钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及有机材料领域，特别是涉及一种无掺杂有机小分子空穴传输材料、钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池具有优异的光电性能，短短几年内在光伏
取得了快速的进展，到目前为止，认证的效率达到了25.5％，已经达到了商业化应用标准，成为取代常规薄膜太阳能电池最具潜力的候选者，但是其稳定性严重抑制了其应用。
[0003]钙钛矿材料与空穴传输材料对于钙钛矿太阳能电池的稳定性有较大影响。常用的三维钙钛矿材料对湿度，温度和光照极其敏感，尤其是水分子会使钙钛矿层分解为碘化铅和有机铵盐导致；空穴传输材料除了对钙钛矿/空穴传输层界面空穴的有效提取，抑制载流子复合，还可起到钝化钙钛矿层表、面缺陷以及界面疏水，阻隔水氧的作用。传统的空穴传输材料主要有以下几类：1)导电聚合物(如P3HT、PDI、PTAA、PEDOT:PSS等)；2)无机P型半导体(如NiO、CuSCN、CuI、CuO2等)；3)有机小分子空穴传输材料(如Spiro
‑
OMeTAD、TAPC)等。虽然一般常用的空穴传输材料导电聚合物如：PEDOT:PSS具有良好的透过率和空穴迁移率等优点，但是PEDOT:PSS本身呈弱酸性，可能会导致基板腐蚀，并且它含有PSS亲水单元，有较强的吸湿性，作为空穴传输材料会严重影响器件的性能，PEDOT:PSS与钙钛矿层的界面势能损失也限制了器件的开路电压，从而影响了器件的光电转化效率。无机P型半导体在倒置结构中虽然疏水性强且稳定性高，但是其对溶剂有很大的选择性，成膜能力较差。研究中使用最多的有机小分子空穴传输材料如PTAA、Spiro
‑
OMeTAD都有着较高的光电转化效率(PCE)，然而在制备空穴传输层的过程中往往需要通过掺杂来提高电导率和空穴迁移率，添加剂处理会使空穴传输材料发生降解从而破坏器件稳定性能，此外此类有机小分子空穴传输材料还存在价格昂贵且产率低的劣势。

技术实现思路

[0004]基于此，为了提高钙钛矿太阳能电池的稳定性，有必要提供一种无掺杂有机小分子空穴传输材料、钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用。
[0005]本专利技术提供一种无掺杂有机小分子空穴传输材料，其特征在于，其结构式如式I所示：
[0006][0007]其中，X、Y各自独立地选自
‑
H或
‑
F；
[0008]R1、R2、R3、R4、R5和R6各自独立地选自C6烷基、C8烷基和
‑
H中的一种，其中，R1、R2和R3中至多有一个为
‑
H，R4、R5和R6中至多有一个为
‑
H。
[0009]在其中一个实施例中，所述C6烷基为直链烷基，所述C8烷基为直链烷基。
[0010]在其中一个实施例中，所述无掺杂有机小分子空穴传输材料的结构式中的X、Y、R1、R2、R3、R4、R5和R6选自X和Y为
‑
F，R1、R3、R4和R6为直链C8烷基，R2和R5为
‑
H、
[0011]X和Y为
‑
H，R1、R3、R4和R6为直链C8烷基，R2和R5为
‑
H以及
[0012]X和Y为
‑
F，R2、R3、R4和R5为直链C6烷基，R1和R6为
‑
H中的一种。
[0013]本专利技术还提供一种钙钛矿太阳能电池，包括依次层叠的第一电极、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和第二电极，其中所述空穴传输层的材料为上述无掺杂有机小分子空穴传输材料。
[0014]在其中一个实施例中，所述电子传输层的材料选自SnO2、TiO2和PCBM中至少的一种。
[0015]在其中一个实施例中，所述钙钛矿吸光层包括层叠设置的三维钙钛矿吸光层和二维钙钛矿修饰层且所述二维钙钛矿修饰层位于所述三维钙钛矿吸光层与所述经穴传输层之间，所述三维钙钛矿吸光层厚度为260nm～300nm，所述二维钙钛矿修饰层厚度为5nm～15nm。
[0016]在其中一个实施例中，所述三维钙钛矿吸光层材料为有机
‑
无机钙钛矿，其化学式为Cs
0.05
FA
0.79
MA
0.16
PbI
2.49
Br
0.51
，其中，所述FA为
‑
HC(NH2)2，所述MA为
‑
CH3NH3，所述二维钙钛矿修饰层材料为丁基碘化铵；和/或
[0017]所述第一电极为透明氧化物半导体；和/或
[0018]所述第二电极选自金电极和银电极中的至少一种。
[0019]本专利技术还提供一种制备上述的钙钛矿太阳能电池的方法，包括以下步骤：在所述第一电极上依次形成所述电子传输层、所述钙钛矿吸光层、所述空穴传输层和所述第二电
极。
[0020]在其中一个实施例中，所述钙钛矿吸光层制备的步骤包括：在所述电子传输层上依次形成所述三维钙钛矿吸光层和所述二维钙钛矿修饰层。
[0021]本专利技术还提供一种电子产品，其供电装置为上述的钙钛矿太阳能电池。
[0022]与现有技术相比较，具有如下有益效果：
[0023]本专利技术采用一种无需掺杂的有机小分子空穴传输材料，无需掺杂和氧化等步骤，有效的避免了影响器件的不稳定性因素，提高了器件的稳定性，上述无掺杂有机小分子空穴材料成本低于目前商业化的空穴传输层材料，有望促进了大规模商业化生产。
附图说明
[0024]图1为本专利技术提供的一种钙钛矿太阳能电池的结构示意图。
[0025]图2为实施例1～3无掺杂有机小分子空穴传输层材料以及对比例1的Spiro
‑
OMeTAD、三维钙钛矿吸光层材料与二维修饰层材料能级图，其中纵坐标Energy表示能量。
[0026]图3为实施例4～6以及对比例1的钙钛矿太阳能电池光电转换效率图，其中纵坐标Current Density表示电流密度，横坐标Voltage表示电压。
[0027]图4为实施例4～6以及对比例1的钙钛矿太阳能电池在氮气手套箱中的稳定性测试结果图，插图为实施例4钙钛矿太阳能电池结构的SEM图，其中，纵坐标Normalized PCE表示归一化光电转化效率，横坐标Time表示时间。
[0028]图5为实施例4以及对比例1～3的钙钛矿太阳能电池在氮气手套箱中的稳定性测试结果图，其中，纵坐标Normalized PCE表示归一化光电转化效率，横坐标Time表示时间。
具体实施方式
[0029]本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本专利技术的公开内容理解的更加透彻全面。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本专利技术。此外，本专利技术可以在不同例子中重复参考数字和/或字母本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无掺杂有机小分子空穴传输材料，其特征在于，其结构式如式I所示：其中，X、Y各自独立地选自
‑
H或
‑
F；R1、R2、R3、R4、R5和R6各自独立地选自C6烷基、C8烷基和
‑
H中的一种，其中，R1、R2和R3中至多有一个为
‑
H，R4、R5和R6中至多有一个为
‑
H。2.如权利要求1所述的无掺杂有机小分子空穴传输材料，其特征在于，所述C6烷基为直链烷基，所述C8烷基为直链烷基。3.如权利要求2所述的无掺杂有机小分子空穴传输材料，其特征在于，所述无掺杂有机小分子空穴传输材料的结构式中的X、Y、R1、R2、R3、R4、R5和R6选自X和Y为
‑
F，R1、R3、R4和R6为直链C8烷基，R2和R5为
‑
H、X和Y为
‑
H，R1、R3、R4和R6为直链C8烷基，R2和R5为
‑
H以及X和Y为
‑
F，R2、R3、R4和R5为直链C6烷基，R1和R6为
‑
H中的一种。4.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括依次层叠的第一电极、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和第二电极，其中所述空穴传输层的材料为如权利要求1～3任一项所述的无掺杂有机小分子空穴传输材料。5.如权利要求4所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层的材料选自S...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛子义，陈霞，刘畅，葛金峰，高静，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：