一种快速氧化spiro-OMeTAD的方法及使用所述方法制备的钙钛矿太阳能电池技术

本发明专利技术公开了一种湿度辅助快速高效氧化spiro‑OMeTAD的方法以及使用所述方法制备的钙钛矿太阳能电池。包括以下步骤：提供旋涂有spiro‑OMeTAD的光电器件；将所述器件置于空气手套箱中氧化0.5～1.5h，氧化的湿度范围为18～35％，氧化的温度范围为15～30℃。本发明专利技术所述的spiro‑OMeTAD氧化方法，能够有效的加速spiro‑OMeTAD氧化，减少薄膜针孔，增大薄膜的迁移率，从而让spiro‑OMeTAD在极短时间内即可充分氧化并起到最优空穴传输性能。

【技术实现步骤摘要】
一种快速氧化spiro-OMeTAD的方法及使用所述方法制备的钙钛矿太阳能电池
本专利技术涉及钙钛矿太阳能电池材料
，具体涉及一种湿度辅助快速高效氧化spiro-OMeTAD的方法以及使用所述方法制备的钙钛矿太阳能电池。
技术介绍
太阳能清洁、无污染、分布广并且能量充分，光伏器件因其具有安全、清洁、成本低廉等优点成为开发利用太阳能的主要对象。新型基于有机-无机杂化钙钛矿光伏器件的光电转换认证效率迅速达到25.5％，在未来的发展中极有可能成为新一代的光伏市场主流。钙钛矿太阳能电池由透明导电电极、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属电极组成。其结构主要分为：介观结构和平面结构，根据钙钛矿太阳能电池光入射面材料的不同，平面结构的电池可以分为n-i-p和p-i-n型。在n-i-p结构的器件中，空穴传输层一般选用spiro-OMeTAD，目前已报道的使用spiro-OMeTAD作为空穴传输层的认证效率已经达到24.35％。在制备空穴传输层spiro-OMeTAD的前驱液时，通常掺杂双三氟甲基磺酸亚酰胺锂(Li-TFSI)和4-叔丁基吡啶(tbp)，可以使空穴传输层载流子密度增加，提升空穴的迁移率和电导率。此外制备好的spiro-OMeTAD传输层要在空气中与氧气发生氧化反应才具备空穴传输能力，添加剂Li-TFSI虽具有促进spiro-OMeTAD氧化的作用，但是用锂盐掺杂的spiro-OMeTAD层也同样需要进行氧化处理，以确保器件正常工作。氧气在spiro-OMeTAD薄膜中充当电子受体，能有效减少载流子的复合，进而增大薄膜的迁移率。未经氧化处理或者氧化不完全的spiro-OMeTAD膜表面会有高密度针孔存在，孔洞会加速空气中的水、氧分子扩散进入膜层内破坏器件构，同时器件内的离子也会扩散到膜层外；但经氧化处理后，薄膜针孔会减少，使spiro-OMeTAD膜层更加致密，提高钙钛矿太阳能电池的填充因子；同时锂盐在表面会重新分布，使薄膜表面能级发生移动，实现对薄膜稳定的P型掺杂。因此，载流子迁移率得以提高，器件效率得到提升。目前实验中常用的spiro-OMeTAD的氧化方式是将旋涂了spiro-OMeTAD的器件放置在电子干燥柜中，湿度控制为5～10％，氧化12-24h，通常在制备金属电极后将器件再放置于电子干燥柜中氧化12-24h，以达到spiro-OMeTAD充分氧化的目的，从而使器件达到最佳的光电转化效率。该方法制备工艺耗时较长，一般制备器件后第三天才能得到最佳的器件光电转换效率。为了消除或减少spiro-OMeTAD在空气中的氧化时间，极大的降低获取最佳效率的氧化工艺时长，本专利技术提供了一种湿度辅助快速氧化方法，能够有效的加速spiro-OMeTAD氧化，减少薄膜针孔，增大薄膜的迁移率，从而让spiro-OMeTAD在极短时间内充分氧化并起到最优空穴传输性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决传统技术中spiro-OMeTAD氧化工艺耗时长的问题，本专利技术中的湿度辅助氧化方法能够有效的加速spiro-OMeTAD氧化，减少薄膜针孔，增大薄膜的迁移率，从而让spiro-OMeTAD充分氧化并起到最优空穴传输性能。技术方案：本专利技术解决的技术问题是提供一种湿度辅助快速高效氧化spiro-OMeTAD的方法，本专利技术为解决上述技术问题采用如下技术方案：S1：选择涂有spiro-OMeTAD的光伏器件；S2：将所述器件置于湿度范围为18～35％的空气中，氧化0.5～1.5h，氧化的温度范围为15～30℃。S3：进一步限定，所述氧化的时间优选为1h，氧化的湿度优选为25％，氧化的温度为20℃。S4：本专利技术还提供了一种使用所述的湿度辅助氧化方法制备的钙钛矿太阳能电池。S5：进一步地，所述太阳能电池的结构是n-i-p型结构，器件自上而下依次包括导电玻璃、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层和电极；所述空穴传输层的材料是掺杂了双(三氟甲烷)磺酰亚胺锂盐(Li-TFSI)和4-叔丁基吡啶(tbp)的spiro-OMeTAD，所述spiro-OMeTAD使用权利要求1或2所述的方法氧化。S6：进一步地，所述导电玻璃为锡掺杂的二氧化铟透明导电玻璃(ITO)或氟掺杂的二氧化锡透明导电玻璃(FTO)。S7：进一步地，所述电子传输层的材料选自二氧化锡胶体水溶液、平面二氧化钛(TiO2)、介孔二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、掺铝氧化锌(ZnO:Al)、[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)中的一种或几种。S8：进一步地，所述钙钛矿活性层的材料选自MAPbIxBryCl3-x-y、FAPbIxBryCl3-x-y、CsPbIxBryCl3-x-y、CszFA1-zPbIxBryCl3-x-y,、CszFAkMA1-z-kPbIxBryCl3-x-y、(FAPbI3)x(MAPbBr3)1-x中的一种或几种；其中，x＝0～3，y＝0～3,z＝0～3，k＝0～3。S9：进一步地，所述钙钛矿活性层的厚度为100nm～1μm。S10：进一步地，所述空穴传输层为spiro-OMeTAD，厚度为80nm～300nm。S11：进一步地，所述电极的材料选自金、银、铜、碳中的一种或几种。有益效果：本专利技术所述的spiro-OMeTAD氧化方法，能够在较短的时间内快速充分氧化spiro-OMeTAD，减少薄膜针孔，降低缺陷，使spiro-OMeTAD膜层更加致密，提高钙钛矿太阳能电池的填充因子；同时锂盐在表面会重新分布，使薄膜表面能级发生移动，实现了对薄膜的稳定P型掺杂，充分发挥了spiro-OMeTAD空穴传输性能并且所需氧化工艺成本低廉。经过试验证明，使用本专利技术所述的氧化方法能够极大的缩短氧化时间，在制备spiro-OMeTAD结束后，将其氧化1h即可获得最优的器件效率。附图说明图1为湿度5％空气环境下氧化1h后的spiro-OMeTAD的表面SEM图；图2为湿度25％空气环境下氧化1h后的spiro-OMeTAD的表面SEM图；图3为湿度25％空气环境下氧化spiro-OMeTAD1h后的器件截面SEM图；图4为湿度5％，5％和25％空气环境下进行spiro-OMeTAD氧化1h，12h和1h后的器件J-V曲线；图5为湿度5％，5％和25％环境下进行spiro-OMeTAD氧化1h，12h和1h后的初始性能和器件随氧化时间变化的性能曲线。具体实施方式下面结合优选的实施例对本专利技术做进一步详细说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术显然能够以多种不同于此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此所举实施例不作为对本专利技术的限定。实施例1本专利技术所述一种湿度辅助快速高效氧化spiro-OMeTAD的方法可以应用于所有使用spiro-OMeTAD的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种湿度辅助快速高效氧化spiro-OMeTAD的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n选择涂有spiro-OMeTAD的光伏器件；将所述器件置于湿度范围为15～35％的空气手套箱中，氧化0.5～1.5h，氧化的温度范围为15～30℃。/n

【技术特征摘要】
1.一种湿度辅助快速高效氧化spiro-OMeTAD的方法，其特征在于，包括以下步骤：
选择涂有spiro-OMeTAD的光伏器件；将所述器件置于湿度范围为15～35％的空气手套箱中，氧化0.5～1.5h，氧化的温度范围为15～30℃。


2.如权利要求1所述的spiro-OMeTAD的氧化方法，其特征在于，所述氧化的时间为1h，氧化的湿度为25％，氧化的温度为20℃。


3.一种使用权利要求1或2所述的湿度辅助氧化spiro-OMeTAD的方法制备的钙钛矿太阳能电池。


4.如权利要求3所述的钙钛矿太阳能电池，所述太阳能电池的结构是n-i-p型结构，器件自上而下依次包括导电玻璃、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层和电极；所述空穴传输层的材料是掺杂了双(三氟甲烷)磺酰亚胺锂盐(Li-TFSI)和4-叔丁基吡啶(tbp)的spiro-OMeTAD，所述spiro-OMeTAD使用权利要求1或2所述的方法氧化。


5.如权利要求4所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述导电玻璃为锡掺杂的二氧化铟透明导电玻璃(ITO)或氟掺杂的二氧化锡透明导电玻璃(FTO)。

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【专利技术属性】
技术研发人员：罗景山，王涣涣，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：天津;12