一种基于多酸处理的透明电极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种基于多酸处理的透明电极及其制备方法和应用，属于钙钛矿太阳能电池组件领域。以多酸处理的PEDOT:PSS薄膜作为透明电极层和空穴传输层，选用PEDOT:PSS溶液作为前驱体溶液，应用现有的溶液加工方法如匀胶旋涂法、线棒涂布法、刮刀涂布法、狭缝挤出式涂布法、丝网印刷法、凹版印刷法、凸版印刷法等即可制备得到高性能的透明电极，可以作为空穴传输功能层，制备工艺简单，简化了电池的制备流程。依据本发明专利技术的透明电极制备的钙钛矿太阳能电池，具备较高的电荷收集效率、以及电极界面处较低的电荷损耗，进而具备较高的光电转换效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多酸处理的透明电极及其制备方法和应用
本专利技术属于钙钛矿太阳能电池组件领域，涉及一种基于多酸处理的透明电极及其制备方法和应用。
技术介绍
钙钛矿太阳能电池是一种新型的有机/无机杂货电池，其基本结构包括透明电极、空穴传输层、钙钛矿活性层、电子传输层和金属电极层。钙钛矿电池中的透明电极一般是指带有衬底材料的功能层，通常可以分为以下几类：一，掺杂金属氧化物透明电极，包括ITO(IndiumTinOxide,氧化铟锡)、FTO(氟掺杂氧化锡)、ATO(铝掺杂氧化锡)和AZO(铝掺杂氧化锌)等，加工工艺通常为溅射成膜；二，碳材料透明电极，如碳纳米管(CNT)和石墨烯(Graphene)，加工工艺为通过高功率超声或是化学改性等分散到溶剂中通过溶液加工成膜；三，金属纳米线、金属纳米网格和超薄金属薄膜透明电极，金属种类包含银、铜、金等，加工工艺包含溶液加工、热蒸镀和溅射工艺等；四，掺杂的导电聚合物，加工工艺通常为溶液加工成膜。ITO透明电极，由于加工工艺较为复杂、所需设备成本较高、铟材料本身储量有限带来的成本劣势以及材料本身的易脆性等诸多因素，在一定程度上限制了其长期的大规模应用。而掺杂的导电聚合物由于具备较高的电导率(～105S/m)、带隙易通过化学合成、掺杂等手段调节、以及可溶液加工等特性，使其在透明电极应用方面具备十分独特的优势。PEDOT是德国拜耳公司于1988年开发的具备分子结构简单、带隙小，高电导率等特点的导电聚合物材料，随后以其高电导率(>1000S/cm)、氧化状态下良好的热稳定性、透光率高(可见光区透过率～95％,薄膜厚度<30nm)等优点广泛应用于有机薄膜太阳能电池、有机发光二极管、有机场效应晶体管以及电致变色器件等诸多领域。另一方面，为了解决PEDOT自身不溶性而限制了应用的特点，引入了水溶性的聚苯乙烯磺酸钠(PSSA)。PSSA的引入实现了PEDOT的可溶液加工，拓宽了其应用领域。但是，薄膜中PSS的存在也减弱了PEDOT的导电性能。为了解决PEDOT:PSS薄膜导电性能相对较弱的问题，已有报道通过向PEDOT:PSS水溶液中添加表面活性剂、两性化合物，或者通过对PEDOT:PSS薄膜表面加以强酸、强碱或盐类化合物等手段，以改善薄膜的电导率。目前已报道的提高导电性能的方法如溶液中加入添加剂的方法，对电导率的提高影响不大，表面处理如强酸、强碱处理等手段，反应条件较为危险，对环境友好度不高。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中，提高PEDOT:PSS薄膜导电性能的技术存在电导率提高效果不高和反应条件危险的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于多酸处理的透明电极及其制备方法和应用。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种基于多酸处理的透明电极的制备方法，包括如下步骤：步骤1)配制多酸溶液储备液；多酸为钼酸、磷钼酸、钨酸和磷钨酸的任意一种；步骤2)PEDOT:PSS薄膜制备：取PEDOT:PSS在透明基片上通过溶液成膜的方法制备得到PEDOT:PSS薄膜，退火备用；步骤3)第一次表面处理：将步骤2)退火后的PEDOT:PSS薄膜浸泡入多酸溶液，之后依次进行清洗和退火，得到透明电极前体；步骤4)第二次表面处理：在透明电极前体表面滴加多酸溶液，之后除去多余的多酸溶液，得到基于多酸处理的透明电极。优选地，步骤1)中，多酸溶液中，溶剂包括甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇、或甘油。优选地，步骤1)中，多酸溶液储备液的浓度为0.2～15mg/ml。优选地，透明基片为玻璃、PET材料、PI材料或PC材料。优选地，步骤2)中，PEDOT:PSS薄膜的厚度为30～150nm。优选地，步骤3)中，第一次表面处理过程中，用到的多酸溶液的浓度为5～15mg/ml；步骤4)中，第二次表面处理过程中，用到的多酸溶液的浓度为0.2～1mg/ml。优选地，步骤3)中，第一次表面处理的反应条件是：室温下浸泡10～60分钟；步骤4)中，第二次表面处理过程中，多酸溶液滴加至铺满薄膜表面。优选地，步骤3)中，清洗的具体操作为：将PEDOT:PSS薄膜浸入甲醇或乙醇溶液中润洗1～3分钟后取出；退火的具体操作为：将润洗完成后的PEDOT:PSS薄膜置于100～150℃条件下退火10～60分钟。优选地，步骤2)中，溶液成膜的方法为旋涂、线棒涂布、狭缝挤出式涂布或印刷方法。步骤4)中，除去多余的多酸溶液，具体是通过旋涂、刮刀涂布或狭缝涂布的方法进行的。一种根据所述基于多酸处理的透明电极的制备方法得到的基于多酸处理的透明电极，基于多酸处理的透明电极的厚度为30～150nm。一种基于多酸处理的透明电极在制备钙钛矿太阳能电池中的应用，钙钛矿太阳能电池的结构，从下至上依次包括透明电极层、空穴传输层、钙钛矿活性层、电子传输层和金属电极层，所述多酸处理的透明电极作为透明电极层和/或空穴传输层。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供了一种基于多酸处理的透明电极的制备方法，其优点在于功能层具备高导电性，有利于电荷收集和空穴传输；功能层薄膜的性能可以通过调整薄膜组分配比进行调控，制备工艺简单易行、环境友好、成本较低。本专利技术还公开了一种基于多酸处理的透明电极，是基于上述方法制备得到的，该透明电极能够替代传统ITO透明电极的新型透明电极，同时具备高电导率以及可见光区高透光率，以多酸处理的PEDOT:PSS薄膜作为透明电极层和空穴传输层，选用PEDOT:PSS溶液作为前驱体溶液，应用现有的溶液加工方法如匀胶旋涂法、线棒涂布法、刮刀涂布法、狭缝挤出式涂布法、丝网印刷法、凹版印刷法、凸版印刷法等即可制备得到高性能的透明电极，可以作为空穴传输功能层，制备工艺简单，简化了电池的制备流程。依据本专利技术的透明电极制备的钙钛矿太阳能电池，具备较高的电荷收集效率、以及电极界面处较低的电荷损耗，进而具备较高的光电转换效率。进一步地，多酸表面处理同时可以优化PEDOT:PSS薄膜的功函数。附图说明图1为钙钛矿太阳能电池的基本结构图；图2为无空穴传输层钙钛矿太阳能电池结构示意图；图3为化合物分子结构示意图；其中，(a)为PEDOT:PSS的分子结构式；(b)为PTAA的分子结构式；图4为不同类型透明电极在350-900nm波段的透过率光谱图；图5为实施例制备得到的钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压关系曲线图。其中：1-透明电极层；2-空穴传输层；3-钙钛矿活性层；4-电子传输层；5-金属电极层。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：实施例1(参比例)：基于ITO透明电极的钙钛矿太阳能电池制备，包括如下步骤：步骤1)取2mgPTAA(分子结构式如图3所示)在氮气气氛下溶于1ml甲苯溶剂中，室温搅拌过夜至完全溶解，制得空穴传输层前驱体溶液；步骤2)带图案的IT本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多酸处理的透明电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1)配制多酸溶液储备液；多酸为钼酸、磷钼酸、钨酸和磷钨酸的任意一种；/n步骤2)PEDOT:PSS薄膜制备：取PEDOT:PSS在透明基片上通过溶液成膜的方法制备得到PEDOT:PSS薄膜，退火备用；/n步骤3)第一次表面处理：将步骤2)退火后的PEDOT:PSS薄膜浸泡入多酸溶液，之后依次进行清洗和退火，得到透明电极前体；/n步骤4)第二次表面处理：在透明电极前体表面滴加多酸溶液，之后除去多余的多酸溶液，得到基于多酸处理的透明电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于多酸处理的透明电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1)配制多酸溶液储备液；多酸为钼酸、磷钼酸、钨酸和磷钨酸的任意一种；
步骤2)PEDOT:PSS薄膜制备：取PEDOT:PSS在透明基片上通过溶液成膜的方法制备得到PEDOT:PSS薄膜，退火备用；
步骤3)第一次表面处理：将步骤2)退火后的PEDOT:PSS薄膜浸泡入多酸溶液，之后依次进行清洗和退火，得到透明电极前体；
步骤4)第二次表面处理：在透明电极前体表面滴加多酸溶液，之后除去多余的多酸溶液，得到基于多酸处理的透明电极。


2.根据权利要求1所述的基于多酸处理的透明电极的制备方法，其特征在于，步骤1)中，多酸溶液中，溶剂包括甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇、或甘油；
PEDOT:PSS为PH4083或PH1000。


3.根据权利要求1所述的基于多酸处理的透明电极的制备方法，其特征在于，步骤1)中，多酸溶液储备液的浓度为0.2～15mg/ml。


4.根据权利要求1所述的基于多酸处理的透明电极的制备方法，其特征在于，步骤2)中，PEDOT:PSS薄膜的厚度为30～150nm。


5.根据权利要求1所述的基于多酸处理的透明电极的制备方法，其特征在于，步骤3)中，第一次表面处理过程中，用到的多酸溶液的浓度为5～15mg/ml；
步骤4)中，第二次表面处理过程中，用到的多酸溶液的浓度为0....

【专利技术属性】
技术研发人员：黄斌，张赟，赵志国，秦校军，肖平，赵东明，邬俊波，李新连，李梦洁，夏渊，熊继光，董超，刘家梁，王百月，梁思超，
申请(专利权)人：华能新能源股份有限公司，中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11