钙钛矿光电元件制造技术

本发明专利技术提供钙钛矿光电元件，此钙钛矿光电元件包含介面修饰层位于下载子传输层及钙钛矿活性层之间。介面修饰层由介面修饰层材料所构成，介面修饰层材料包含具有两性离子基团的聚乙烯亚胺，两性离子基团具有阳离子基团及阴离子基团；且，阳离子基团为选自由仲铵阳离子基、叔铵阳离子基及季铵阳离子基所组成组群中至少其中之一。当此介面修饰层积层在下载子传输层的上表面后，能使随后形成于介面修饰层上表面的钙钛矿活性层的涂布过程能够获得良好的涂布均匀性，并因而使得钙钛矿光电元件有良好的光电特性及环境稳定性。好的光电特性及环境稳定性。好的光电特性及环境稳定性。

【技术实现步骤摘要】
钙钛矿光电元件


[0001]本专利技术有关于一种钙钛矿光电元件，尤其是指包含有介面修饰层位于下载子传输层及钙钛矿活性层之间的钙钛矿光电元件。

技术介绍

[0002]钙钛矿光电元件是具低成本且高功能性的光电元件，其可以制成包括太阳能电池、发光二极管及光感测器等，又因其可以湿式涂布制程生产且具有良好的光电性质而发展迅速。一般而言，钙钛矿光电元件的结构由下而上依序包含基板、下电极、下载子传输层、钙钛矿活性层、上载子传输层、上电极。
[0003]被广泛使用于下载子传输层的材料为空穴传输材料PTAA(poly[bis(4
‑
phenyl)(2,4,6
‑
trimethylphenyl)amine，聚[双(4
‑
苯基)(2,4,6
‑
三甲基苯基)胺])，PTAA为弱极性因此其一般是溶解于非极性的苯类溶剂中例如甲苯，然而钙钛矿活性层的材料为HC(NH2)2I、CsI、PbI2、PbBr2，其为高极性因此一般是溶解于极性较大的DMF(Dimethylformamide，二甲基甲酰胺)中而形成高极性的钙钛矿活性层涂布液。因此，当高极性的钙钛矿活性层涂布液在涂布于弱极性PTAA所构成的下载子传输层的表面时，会遇到接触角太大所导致的无法良好湿润(wetting)问题，因而使得钙钛矿活性层涂布液在下载子传输层的表面呈现涂布不均匀，并且使得所构成的钙钛矿活性层的形貌发生各区域的厚度彼此不均匀或甚至出现裂痕，这导致钙钛矿光电元件的光电特性不佳例如PCE(power conversion efficiency，能量转换效率)较低，以及环境稳定性不良例如PCE于使用一段时间后下降过快。
[0004]为了解决上述涂布不均匀及/或裂痕问题，目前已知的方式是将下载子传输层经臭氧处理使其先形成高极性的表面之后再进行钙钛矿活性层涂布液的涂布。但是前述臭氧处理于实际上是会对下载子传输层造成伤害例如对下载子传输层表面造成不同深度的侵蚀，并且因而导致钙钛矿光电元件的光电特性不佳及环境稳定性不良。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术的目的在于提供一种钙钛矿光电元件，使得下载子传输层不需经臭氧处理，且涂布后的所形成的钙钛矿活性层能够最佳地呈现均匀且无裂痕，因而本专利技术的钙钛矿光电元件具有良好的PCE及环境稳定性。
[0006]基于上述目的，本专利技术提供一种钙钛矿光电元件，至少包括：一下电极，积层于该下电极上方的一下载子传输层，积层于该下载子传输层上方的一介面修饰层，积层于该介面修饰层上方的一钙钛矿活性层，积层于该钙钛矿活性层上方的一上载子传输层，积层于该上载子传输层上方的一上电极；其中，该介面修饰层由一介面修饰层材料所构成，该介面修饰层材料包含一具有两性离子基团的聚乙烯亚胺，前述的两性离子基团具有阳离子基团及阴离子基团；且，该阳离子基团为选自由仲铵阳离子基、叔铵阳离子基及季铵阳离子基所组成组群中至少其中之一。
[0007]本专利技术首先将利用聚乙烯亚胺(线性聚乙烯亚胺linear PEI或分枝状聚乙烯亚胺
branched PEI)的主链及侧链上的胺基的氮上的孤电子对与一改性剂进行反应，以形成前述具有两性离子(zwitterionic)基团的聚乙烯亚胺的介面修饰层材料，使得前述具有两性离子基团的聚乙烯亚胺的的主链及侧链上的胺基的氮上无孤电子对或只存在少量孤电子对，或者使得前述具有两性离子基团的聚乙烯亚胺的的主链及侧链上的胺基的氮上的孤电子对的数量少于聚乙烯亚胺的主链及侧链上的胺基的氮上的孤电子对的数量。换言之，本专利技术先将聚乙烯亚胺上的胺基，通过与该改性剂反应而转变成铵基。接着，将此介面修饰层材料形成介面修饰层积层于下载子修饰层的上方时，其能够有效降低钙钛矿活性层涂布液涂布在介面修饰层时的接触角的角度，因而使得钙钛矿活性层涂布液能够在介面修饰层获得更佳的涂布，并使得后续所完成的钙钛矿光电元件的光电特性及环境稳定性获得提升。
[0008]依据前述钙钛矿光电元件，其中，该介面修饰层材料更包含一添加聚合物，通过添加重量平均分子量(Mw)为30000～50000的该添加聚合物以提高介面修饰层涂布液的黏度，以更进一步改善涂布性。须说明的是，前述符号“～”代表介于端值之间且包含端值。该添加聚合物为选自由聚乙二醇(Polyethylene glycol，PEG)、聚乙烯吡咯烷酮(polyvinyl pyrrolidone，PVP)、聚乙烯咔唑(Polyvinylcarbazole，PVK)及聚(9,9
‑
双(3'
‑
(N,N
‑
二甲基)
‑
N
‑
乙基铵
‑
丙基
‑
2,7
‑
芴)
‑
alt
‑
2,7
‑
(9,9
‑
二辛基芴))二溴化物(Poly(9,9
‑
bis(3'
‑
(N,N
‑
dimethyl)
‑
N
‑
ethylammoinium
‑
propyl
‑
2,7
‑
fluorene)
‑
alt
‑
2,7
‑
(9,9
‑
dioctylfluorene))dibromide，PFN
‑
Br)所组成组群中至少其中之一或其任意组合。
[0009]依据前述钙钛矿光电元件，其中，前述具有两性离子基团的聚乙烯亚胺与该添加聚合物的重量比例为1:5～1:0.5，也就是说该添加聚合物的重量是介于前述具有两性离子基团的聚乙烯亚胺的重量的0.5倍至5倍之间且包含端值。
[0010]依据前述钙钛矿光电元件，其中，该介面修饰层的厚度为0.1～5纳米。
[0011]依据前述钙钛矿光电元件，其中，该下载子传输层为一空穴传输层，该下载子传输层为一电子传输层。
[0012]依据前述钙钛矿光电元件，其中，该介面修饰层材料更包含一添加聚合物，该添加聚合物为聚乙烯吡咯烷酮，前述具有两性离子基团的聚乙烯亚胺与该聚乙烯吡咯烷酮的重量比例为1:5～1:0.5，也就是说该聚乙烯吡咯烷酮的重量是介于前述具有两性离子基团的聚乙烯亚胺的重量的0.5倍至5倍之间且包含端值，该介面修饰层的厚度为0.1～5纳米，该下载子传输层为一空穴传输层，且该下载子传输层为一电子传输层。
附图说明
[0013]图1为本专利技术的钙钛矿光电元件的结构示意图。
[0014]图2的(a)～(d)分别为比较例1及本专利技术实施例1～3的钙钛矿活性层形貌影像图。
[0015]图3为本专利技术实施例1～3及比较例1的钙钛矿光电元件的光稳定性测试图。
[0016]【符号说明】
[0017]1：钙钛矿光电元件
[0018]10：基板
[0019]20：下电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿光电元件，至少包括：一下电极，积层于该下电极上方的一下载子传输层，积层于该下载子传输层上方的一介面修饰层，积层于该介面修饰层上方的一钙钛矿活性层，积层于该钙钛矿活性层上方的一上载子传输层，积层于该上载子传输层上方的一上电极；其中，该介面修饰层由一介面修饰层材料所构成，该介面修饰层材料包含一具有两性离子基团的聚乙烯亚胺，前述的两性离子基团具有一阳离子基团及一阴离子基团；且，该阳离子基团为选自由仲铵阳离子基、叔铵阳离子基及季铵阳离子基所组成组群中至少其中之一。2.如权利要求1所述的钙钛矿光电元件，其中，该介面修饰层材料更包含一添加聚合物，该添加聚合物为选自由聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯咔唑及聚(9,9
‑
双(3'
‑
(N,N
‑
二甲基)
‑
N
‑
乙基铵
‑
丙基
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：黄琬瑜，施彦辰，潘宜呈，柯崇文，
申请(专利权)人：位速科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：