一种功能分子共掺杂钙钛矿太阳能电池的制备方法技术

本发明专利技术属于光伏新材料技术领域，涉及一种功能分子共掺杂钙钛矿太阳能电池的制备方法，在钙钛矿吸光层和空穴传输层之间制备一层双(三氟甲磺酸)二茂钛，让双(三氟甲磺酸)二茂钛通过自由扩散分别进入钙钛矿吸光层和空穴传输层实现共掺杂。本发明专利技术提高了钙钛矿太阳能电池的光电转化效率和对应器件的稳定性。池的光电转化效率和对应器件的稳定性。池的光电转化效率和对应器件的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种功能分子共掺杂钙钛矿太阳能电池的制备方法


[0001]本专利技术属于光伏新材料
，具体涉及一种功能分子共掺杂钙钛矿太阳能电池的制备方法。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池，因光电转换效率高、制备工艺简单和低成本而迅速成为业界炙手可热的“明星”。目前，钙钛矿太阳能电池的电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层通常采用旋涂法制备，然后热蒸镀一层金属电极或者碳电极作为对电极获得。然而，该方法所制备的器件存在两个问题：1）所制备的钙钛矿薄膜缺陷比较多，不利于电池效率的提升和器件的稳定保存；2）目前，钙钛矿太阳能电池多使用Spiro
‑
OMeTAD、PTAA等材料作为空穴传输层材料，但纯Spiro
‑
OMeTAD、PTAA等材料的空穴迁移率低，需要使用双掺杂剂4
‑
叔丁基吡啶（t
‑
BP）和双三氟甲基磺酰亚胺（Li
‑
TFSI）进行掺杂，而且纯Spiro
‑
OMeTAD、PTAA的水和氧的稳定性差，会严重影响其器件性能。
[0003]研究表明，采用4
‑
异丙基
‑
4'
‑
甲基二苯基碘鎓四(五氟苯基)硼酸盐、三(五氟苯基)硼烷、三(五氟苯基)膦、F4
‑
TCNQ等掺杂Spiro
‑
OMeTAD或者PTAA能在一定程度上提高其空穴迁移率从而提高器件的光电转化效率。一些有机光敏染料分子、羟基苯磺酸、苯醌、TCNQ、铜酞菁、氨基乙硫醇、柠檬酸、尿素、二茂铁等能钝化钙钛矿的缺陷和提高对应电池的效率以及器件稳定性。
[0004]但是现有技术尚未见同一分子共掺杂钙钛矿吸光层和空穴传输层用于钙钛矿太阳能电池的的报道。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于一种功能分子共掺杂钙钛矿太阳能电池的制备方法，通过正交溶剂法在钙钛矿吸光层和空穴传输层之间制备一层双(三氟甲磺酸)二茂钛，让小分子双(三氟甲磺酸)二茂钛通过自由扩散分别进入钙钛矿吸光层和空穴传输层实现共掺杂，从而提高钙钛矿太阳能电池的光电转化效率和对应器件的稳定性。
[0006]本专利技术通过以下技术方案来实现。一种功能分子共掺杂钙钛矿太阳能电池，n
‑
i
‑
p型钙钛矿太阳能电池结构从下到上依次为：导电玻璃、电子传输层、钙钛矿吸光层、双(三氟甲磺酸)二茂钛层、空穴传输层、对电极。
[0007]一种功能分子共掺杂钙钛矿太阳能电池的制备方法，在钙钛矿吸光层和空穴传输层之间制备一层双(三氟甲磺酸)二茂钛，让双(三氟甲磺酸)二茂钛通过自由扩散分别进入钙钛矿吸光层和空穴传输层实现共掺杂。
[0008]具体步骤如下：步骤1：导电玻璃依次用洗涤剂、去离子水和无水乙醇清洗，然后氮气吹干待用；步骤2：在步骤1清洗后的导电玻璃表面制备电子传输层；步骤3：在步骤2的导电玻璃/电子传输层表面制备钙钛矿吸光层；
步骤4：采用正交溶剂法在步骤3所得的钙钛矿吸光层表面制备一层双(三氟甲磺酸)二茂钛层；步骤5：在步骤4的所得的双(三氟甲磺酸)二茂钛层表面制备空穴传输层；步骤6：制备对电极。
[0009]进一步优选，步骤4所述正交溶剂为异丙醇或者三氟乙醇。
[0010]进一步优选，步骤4中，双(三氟甲磺酸)二茂钛在正交溶剂中的浓度为0.5
‑
3mg/mL。
[0011]进一步优选，所述钙钛矿吸光层为FA
0.9
MA
0.1
PbI3钙钛矿吸光层，其中，FA是CH(NH2)2, MA是CH3NH3。
[0012]进一步优选，所述空穴传输层为Spiro
‑
OMeTAD空穴传输层。
[0013]本专利技术的有益效果：通过正交溶剂法在钙钛矿吸光层和空穴传输层之间制备一层双(三氟甲磺酸)二茂钛，让小分子双(三氟甲磺酸)二茂钛通过自由扩散分别进入钙钛矿吸光层和空穴传输层实现共掺杂，利用双(三氟甲磺酸)二茂钛分子中的磺酸基团与钙钛矿中铅离子的配位作用有效钝化钙钛矿薄膜的缺陷态，同时利用双(三氟甲磺酸)二茂钛代替传统双掺杂剂t
‑
BP和Li
‑
TFSI对空穴传输材料进行掺杂，提高Spiro
‑
OMeTAD的空穴迁移率和降低湿度等外部环境条件对Spiro
‑
OMeTAD薄膜质量的影响，进而提高对应太阳能电池的光电转换效率和器件稳定性。
附图说明
[0014]图1为实施例5、实施例11和对比例1所制备的钙钛矿太阳能电池的J
‑
V特性曲线。
[0015]图2为分别基于实施例11和对比例1所制备的hole
‑
only器件（器件结构：FTO/NiOx/钙钛矿/双(三氟甲磺酸)二茂钛/Spiro
‑
OMeTAD/Au或者FTO/NiOx/钙钛矿/Spiro
‑
OMeTAD/Au）在暗态下的J
‑
V特性曲线。
具体实施方式
[0016]下面对本专利技术进一步详细阐明。
[0017]结合图1，本专利技术的一种功能分子共掺杂钙钛矿太阳能电池的制备方法，n
‑
i
‑
p型钙钛矿太阳能电池器件结构从下到上依次为：导电玻璃、电子传输层、钙钛矿吸光层、双(三氟甲磺酸)二茂钛、空穴传输层、对电极，具体步骤如下：步骤1：将2*2 cm2的FTO导电玻璃依次用洗涤剂、去离子水和无水乙醇清洗30 min，然后氮气吹干待用；步骤2：将二（乙酰丙酮基）钛酸二异丙酯加入正丁醇中，二（乙酰丙酮基）钛酸二异丙酯与正丁醇的质量比为1：10，搅拌均匀得到TiO2前驱液；将步骤1清洗后的FTO导电玻璃紫外臭氧处理10 min，接着在其表面旋涂TiO2前驱液，旋涂结束后125 ℃烘烤10 min得到TiO2电子传输层；步骤3：配制1.1mol/L的FA
0.9
MA
0.1
PbI3前驱液，其中，FA是CH(NH2)2, MA是CH3NH3，其中FA
0.9
MA
0.1
PbI3前驱液中DMSO和DMF的体积比为5:1；将步骤2得到的FTO/TiO2电子传输层紫外臭氧处理10 min，接着在其表面旋涂FA
0.9
MA
0.1
PbI3前驱液（旋涂工艺参数：第一段1000转10 s，第二段5000转30 s，在第二段旋涂时间剩余10
‑
13 s时滴加100 μL氯苯反溶剂），旋涂
结束后110 ℃退火30 min，得到FA
0.9
MA
0.1
PbI3钙钛矿吸光层；步骤4：采用正交溶剂法在步骤3得到的FA
0.9
MA
0.1
PbI3钙钛矿吸光层上制备一层双(三氟甲磺酸)二茂钛，正交溶剂为异丙醇或者本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功能分子共掺杂钙钛矿太阳能电池，其特征在于，n
‑
i
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p型钙钛矿太阳能电池结构从下到上依次为：导电玻璃、电子传输层、钙钛矿吸光层、双(三氟甲磺酸)二茂钛层、空穴传输层、对电极。2.一种功能分子共掺杂钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，在钙钛矿吸光层和空穴传输层之间制备一层双(三氟甲磺酸)二茂钛，让双(三氟甲磺酸)二茂钛通过自由扩散分别进入钙钛矿吸光层和空穴传输层实现共掺杂。3.根据权利要求2所述的一种功能分子共掺杂钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤如下：步骤1：导电玻璃依次用洗涤剂、去离子水和无水乙醇清洗，然后氮气吹干待用；步骤2：在步骤1清洗后的导电玻璃表面制备电子传输层；步骤3：在步骤2的导电玻璃/电子传输层表面制备钙钛矿吸光层；步骤4：采用正交溶剂法在步骤3所得的钙钛矿吸光层表面制备一层双(三氟甲磺酸)二茂钛层；步骤5：...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玲玲，韩飞，胡银，陈伟，章芬，
申请(专利权)人：江西省科学院应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：