一种通过添加紫外吸收剂增强钙钛矿太阳电池光稳定性和器件性能的方法及器件结构技术

本发明专利技术公开了一种通过添加紫外吸收剂增强钙钛矿太阳电池光稳定性和器件性能的方法及器件结构，属于太阳电池技术领域。其特征在于将紫外吸收剂涂覆在太阳电池迎光面功能层表面、体内或界面，包括透明导电衬底前或后、或添加在钙钛矿薄膜、电子传输层、空穴传输层的体内或界面处。紫外线吸收剂为水杨酸酯类衍生物、对氨基苯甲酸酯类衍生物、亚苄基樟脑衍生物、苯并三唑类衍生物、三嗪类衍生物、二苯甲酮类紫外线衍生物等中的至少一种。本发明专利技术可以减少或消除钙钛矿太阳电池在实际使用过程中吸收紫外光而发生的降解，提高基于钙钛矿材料的单结或叠层太阳电池的紫外稳定性，提升钙钛矿材料结晶质量，加速钙钛矿太阳电池商业化进程。程。程。

【技术实现步骤摘要】
一种通过添加紫外吸收剂增强钙钛矿太阳电池光稳定性和器件性能的方法及器件结构


[0001]本专利技术涉及太阳电池，特别是一种通过添加紫外吸收剂增强钙钛矿太阳电池光稳定性和器件性能的方法及器件结构。
技术背景
[0002]近年来，过度使用煤、石油等化石燃料造成了严重的能源危机和环境污染问题。开发并利用环境友好型的清洁能源势在必行。其中，太阳电池以其绿色环保、安全可靠、应用范围广、无枯竭危险等诸多优势引起了各国科学家的广泛关注。
[0003]钙钛矿太阳电池具有带隙可调、吸收系数高、载流子扩散长度长、缺陷容忍度高、载流子迁移率高等优异的光电特性，其效率在过去十余年间从3.8％迅速增加到25.5％。但直到目前为止，钙钛矿太阳电池的稳定性仍然是制约其商业化的主要问题之一。氧气、水分和紫外光等环境因素都会导致钙钛矿吸收层的降解。其中，紫外线辐射会加剧钙钛矿内部的离子迁移，从而加速钙钛矿太阳电池的降解。同时，钙钛矿薄膜中存在的缺陷作为非辐射复合的中心也会对其性能和稳定性造成负面的影响。因此，需要开发一种可以提高钙钛矿太阳电池光稳定性和光电性能双重作用的方法及器件结构。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提供了一种通过添加紫外吸收剂增强钙钛矿太阳电池光稳定性和器件性能的方法及器件结构，该方法通过引入紫外吸收剂实现了紫外光照射条件下钙钛矿太阳电池器件效率的长期稳定和提高钙钛矿太阳电池光电性能的双重作用。本专利技术主要通过使用水杨酸酯类衍生物、对氨基苯甲酸酯类衍生物、亚苄基樟脑衍生物、苯并三唑类衍生物、三嗪类衍生物、二苯甲酮类紫外线衍生物等紫外吸收剂吸收/减少入射到钙钛矿材料中的紫外光，消除/减少电池中的钙钛矿材料在紫外光照射下发生离子迁移，同时通过其特定官能团调控钙钛矿结晶质量，钝化钙钛矿表界面，降低表面和体内的缺陷密度，抑制非辐射复合，提高钙钛矿太阳电池光电性能。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种通过添加紫外吸收剂增强钙钛矿太阳电池光稳定性和器件性能的方法及器件结构，其特征在于所述的紫外吸收剂可以吸收太阳光中200
‑
400nm波长的紫外光以提高钙钛矿太阳电池光稳定性，同时通过其特定官能团调控钙钛矿结晶质量，钝化钙钛矿表界面，降低表面和体内的缺陷密度，抑制非辐射复合，提高钙钛矿太阳电池光电性能。紫外吸收剂的种类为水杨酸酯类衍生物(如水杨酸苯酯、邻羟基苯甲酸苯酯、水杨酸戊酯、对异丙基水杨酸苯酯、单苯甲酸间苯二酚酯等)、对氨基苯甲酸酯类衍生物(如对氨基苯甲酸乙酯、4
‑
二甲氨基苯甲酸乙酯等)、亚苄基樟脑衍生物(如亚苄基樟脑磺酸、4
‑
甲基苄亚基樟脑等)、苯并三唑类衍生物[如2
‑
(2'
‑
羟基
‑
3',5'
‑
二叔苯基)
‑5‑
氯化苯并三唑、2
‑
(2'羟基
‑
5'
‑
甲基苯基)苯并三氮唑、2'
‑
(2'
‑
羟基
‑
3'
‑
叔丁基
‑
5'
‑
甲基苯基)
‑5‑
氯苯并三唑、2
‑
(2H
‑
苯并三氮唑
‑2‑
基)对甲苯酚、2
‑
(2'
‑
羟基
‑
3',5'双(a,a
‑
二甲基苄基)苯基)苯并三唑、2
‑
(2'
‑
羟基
‑
5'
‑
叔辛基苯基)苯并三唑]、三嗪类衍生物[如2
‑
(4,6
‑
二苯基
‑
1,3,5
‑
三嗪
‑2‑
基)
‑5‑
己基氧基
‑
苯酚、2
‑
[4,6
‑
双(2,4
‑
二甲苯基)
‑2‑
(1,3,5
‑
三嗪基)5
‑
辛氧基苯酚]、二苯甲酮类衍生物[(2
‑
羟基
‑4‑
甲氧苯基)苯基酮、2,4
‑
二羟基二苯甲酮、2
‑
羟基
‑4‑
甲氧基二苯甲酮、2
‑
羟基
‑4‑
正辛氧基二苯甲酮、2,2'
‑
二羟基
‑
4,4'
‑
二甲氧基二苯甲酮]中的至少一种。当所述方法为将紫外吸收剂涂覆在透明导电衬底的迎光面时，其钙钛矿太阳电池结构包括：1)紫外吸收剂薄膜；2)透明导电衬底；3)前电荷传输层；4)钙钛矿吸收层；5)后电荷传输层；6)金属电极；当所述方法为将紫外吸收剂涂覆在透明导电衬底与前电荷传输层的界面时，其钙钛矿太阳电池结构包括：1)透明导电衬底；2)紫外吸收剂薄膜；3)前电荷传输层；4)钙钛矿吸收层；5)后电荷传输层；6)金属电极；当所述方法为将紫外吸收剂涂覆在前电荷传输层与钙钛矿吸收层的界面时，其钙钛矿太阳电池结构包括：1)透明导电衬底；2)前电荷传输层；3)紫外吸收剂薄膜；4)钙钛矿吸收层；5)后电荷传输层；6)金属电极；当所述方法为将紫外吸收剂添加于钙钛矿吸收层内时，其钙钛矿太阳电池结构包括：1)透明导电衬底；2)前电荷传输层；3)掺杂紫外吸收剂的钙钛矿吸收层；4)后电荷传输层；5)金属电极。当所述方法为将紫外吸收剂添加在钙钛矿太阳电池的前电荷传输层内时，其钙钛矿太阳电池结构包括：1)透明导电衬底；2)掺杂紫外吸收剂的前电荷传输层；3)钙钛矿吸收层；4)后电荷传输层；5)金属电极。以上情况下，当钙钛矿前电荷传输层为电子传输层或空穴传输层时可分别构成正式或反式结构。
[0007]上述通过添加紫外吸收剂增强钙钛矿太阳电池光稳定性和器件性能的方法及器件结构，其特征在于其所述的衬底可以是但不局限于硅片、金属、玻璃、纤维织物、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚二甲基硅、氧烷(PDMS)及其衍生物等柔性或刚性衬底中的至少一种。电子传输层可以是但不局限于二氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、聚苯乙烯磺酸盐(如PSSA)、二氧化钛(TiO2)、富勒烯衍生物(如PCBM)、聚(3
‑
己基噻吩
‑
2,5
‑
二基)、石墨烯、氧化锌锡、金属酞菁分子材料、富勒烯等材料中的至少一种；所用溶剂可以但不限于醇类(如异丙醇等)、水、苯及其衍生物(如甲苯、氯苯等)等。空穴传输层可以是但不局限于氧化钼(MoO
X
)、氧化钨(WOx)、五氧化二钒(V2O
X
)、硫氰酸亚铜(CuSCN)、氧化镍(NiO
X
)、聚(3,本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过添加紫外吸收剂增强钙钛矿太阳电池光稳定性和器件性能的方法及器件结构，其特征在于所述的紫外吸收剂可以吸收太阳光中200
‑
400nm波长的紫外光以提高钙钛矿太阳电池光稳定性，同时通过其特定官能团调控钙钛矿结晶质量，钝化钙钛矿表界面，降低表面和体内的缺陷密度，抑制非辐射复合，提高钙钛矿太阳电池光电性能。2.根据专利要求1所述的通过添加紫外吸收剂增强钙钛矿太阳电池光稳定性和器件性能的方法及器件结构，其特征在于紫外吸收剂的添加位置可以是透明导电衬底前或后、或添加在钙钛矿薄膜、电子传输层、空穴传输层体内或界面处。3.根据专利要求2所述的紫外吸收剂的添加位置，其特征在于当所述方法为将紫外吸收剂涂覆在透明导电衬底的迎光面时，其钙钛矿太阳电池结构包括：1)紫外吸收剂薄膜；2)透明导电衬底；3)前电荷传输层；4)钙钛矿吸收层；5)后电荷传输层；6)金属电极；当所述方法为将紫外吸收剂涂覆在透明导电衬底与前电荷传输层的界面时，其钙钛矿太阳电池结构包括：1)透明导电衬底；2)紫外吸收剂薄膜；3)前电荷传输层；4)钙钛矿吸收层；5)后电荷传输层；6)金属电极；当所述方法为将紫外吸收剂涂覆在前电荷传输层与钙钛矿吸收层的界面时，其钙钛矿太阳电池结构包括：1)透明导电衬底；2)前电荷传输层；3)紫外吸收剂薄膜；4)钙钛矿吸收层；5)后电荷传输层；6)金属电极；当所述方法为将紫外吸收剂添加于钙钛矿吸收层内时，其钙钛矿太阳电池结构包括：1)透明导电衬底；2)前电荷传输层；3)掺杂紫外吸收剂的钙钛矿吸收层；4)后电荷传输层；5)金属电极。当所述方法为将紫外吸收剂添加在钙钛矿太阳电池的前电荷传输层内时，其钙钛矿太阳电池结构包括：1)透明导电衬底；2)掺杂紫外吸收剂的前电荷传输层；3)钙钛矿吸收层；4)后电荷传输层；5)金属电极。以上情况下，当钙钛矿前电荷传输层为电子传输层或空穴传输层时可分别构成正式或反式结构。4.根据专利要求3所述的基于紫外吸收剂的钙钛矿太阳电池结构，其特征在于其所述的衬底可以是但不局限于硅片、金属、玻璃、纤维织物、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚二甲基硅、氧烷(PDMS)及其衍生物等柔性或刚性衬底中的至少一种。5.根据专利要求3所述的基于紫外吸收剂的钙钛矿太阳电池结构，其特征在于其所述的电子传输层可以是但不局限于二氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、聚苯乙烯磺酸盐(如PSSA)、二氧化钛(TiO2)、富勒烯衍生物(如PCBM)、聚(3
‑
己基噻吩
‑
2,5
‑
二基)、石墨烯、氧化锌锡、金属酞菁分子材料、富勒烯等材料中的至少一种；所用溶剂可以但不限于醇类(如异丙醇等)、水、苯及其衍生物(如甲苯、氯苯等)等。所述的空穴传输层可以是但不局限于氧化钼(MoO
X
)、氧化钨(WO
X
)、五氧化二钒(V2O
X
)、硫氰酸亚铜(CuSCN)、氧化镍(NiO
X
)、聚(3,4
‑
乙烯二氧噻吩)
‑
聚苯乙烯磺酸盐(如PEDOT:PSS)、硫氰化铜、碘化亚铜、硫化锌、二硫化钥、氧化铬、氧化钥、聚乙烯咔唑、4
‑
丁基
‑
N,N
‑
二苯基苯胺均聚物(Poly
‑
TPD)、2,3,5,6
‑
四氟
‑
7,7',8,8'
‑
四氰二甲基对苯醌、聚[双(4
‑
苯基)(2,4,6
‑
三甲基苯基)胺](PTAA)、2,2',7,7'
‑
四[N,N
‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基]
‑
9,9'
‑
螺二芴(Spiro
‑
OMeTAD)等材料中的至少一种。所用溶剂可以但不限于醇类(如异丙醇等)、水、苯及其衍生物(如甲苯、氯苯等)等。6.根据专利要求3所述的基于紫外吸收剂的钙钛矿太阳电池结构，其特征在于所述的钙钛矿材料为为多晶态或者单晶态的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李跃龙，李佳乐，亓文静，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：