有机电子传输层、钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种新型有机电子传输层、钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用，电池结构包括阳极(ITO玻璃)、空穴传输层、钙钛矿层、有机电子传输层和阴极。其中有机电子传输层的制备方法为将带有长链的m

【技术实现步骤摘要】
有机电子传输层、钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于半导体器件
，具体涉及一种新型有机电子传输层、钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]与蓬勃发展的空穴传输层相比，倒置钙钛矿太阳能电池的电子传输层研究的很少。富勒烯衍生物[6,6]‑
苯基C
61
‑
丁酸甲酯(PCBM)是最为常见的电子传输材料，它具有高的电子迁移率和低温溶液处理性能，但是由于PCBM在有机溶剂中的粘度和溶解度较低，难以在钙钛矿膜上形成致密的膜，因此钙钛矿膜不能被PCBM完全覆盖，使之与Ag或Al电极直接接触，造成电荷复合，加速界面层的降解。
[0003]目前，还没有找到能够完全取代PCBM的电子传输层材料。仅通过添加添加剂来改善PCBM的成膜性质，例如Li JiaXun等人在PCBM中添加长链分子EVA，但是EVA在氯苯中的溶解性不高，因此对于PCBM中精确掺杂EVA分子带来一定困难，一些有机小分子作为掺杂剂掺杂在PCBM中虽然能提高器件的性能，但是成本较高，因此，寻找一种掺杂剂既能提高器件的性能和稳定性又要成本低廉易得，对于制备高性能低成本的平面钙钛矿太阳能电池尤为重要。
[0004]因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种新型有机电子传输层、钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用，用以改善电子传输层的性能，提高电池的能量转化效率。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种新型有机电子传输层的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0008]步骤1，将m
‑
ITTC按照比例掺杂混合到PCBM中，形成混合溶液，将所述混合溶液置于氯苯中混合，搅拌过滤后形成PCBM:m
‑
ITTC前驱液；
[0009]步骤2，将所述PCBM:m
‑
ITTC前驱液在匀胶机上旋涂20
‑
40s，固化后形成有机电子传输层。
[0010]在如上所述的新型有机电子传输层的制备方法，优选，所述混合溶液中m
‑
ITTC在PCBM中的掺杂浓度为0.5
‑
2wt％；
[0011]优选地，步骤1中，所述搅拌的时间为12h。
[0012]在如上所述的新型有机电子传输层的制备方法，优选，PCBM:m
‑
ITTC前驱液的浓度为18
‑
22mg/ml；
[0013]优选地，在匀胶机上进行所述旋涂的转速为1500
‑
2500rpm。
[0014]一种如上所述的新型有机电子传输层的制备方法制备得到的有机电子传输层。
[0015]一种有机电子传输层的应用，所述有机电子传输层在制备光伏器件中的应用。
[0016]一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0017]步骤S1，将镀有阳极材料的玻璃衬底清洁后用紫外光处理，得到预处理后衬底基片；
[0018]步骤S2、在所述预处理后衬底基片上沉积PEDOT:PSS，130
‑
150℃保温15
‑
20min进行退火处理，然后自然冷却至室温，得到空穴传输层；
[0019]步骤S3、将带有所述空穴传输层的衬底基片移至手套箱内，在所述空穴传输层上采用一步反溶剂法旋涂钙钛矿前驱体溶液，90
‑
100℃保温10
‑
15min进行退火处理，得到钙钛矿层，即活性层；
[0020]步骤S4、在所述钙钛矿层上制备有机电子传输层；
[0021]步骤S5、在真空下将阴极材料通过热蒸发镀到所述有机电子传输层上，得到倒置的钙钛矿太阳能电池；
[0022]所述有机电子传输层采用如上所述新型有机电子传输层的制备方法制备得到。
[0023]在如上所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，优选，步骤S3中，所述钙钛矿前驱体溶液采用如下制备方法：
[0024]将供体A和供体B溶解在有机溶剂中，搅拌均匀后得到钙钛矿前驱体溶液；
[0025]其中，所述供体A为甲基碘化胺，供体B为碘化铅；
[0026]优选地，所述有机溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺。
[0027]在如上所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，优选，所述供体A与所述供体B的摩尔比为1:(1
‑
5)。
[0028]在如上所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，优选，所述供体A与所述供体B在所述有机溶液中总的质量百分含量为35
‑
50wt％。
[0029]一种如上所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法制备得到的钙钛矿太阳能电池。
[0030]有益效果：
[0031]本专利技术采用新型的掺杂剂m
‑
ITTC掺杂在传统电子传输层中，制备高效的平面钙钛矿太阳能电池，主要具有如下优异效果：
[0032]1、提高了钙钛矿太阳能电池的性能。本专利技术采用新的掺杂剂m
‑
ITTC掺杂在传统电子传输层中作为钙钛矿太阳能电池的电子传输层，不仅能形成均匀致密的电子传输层，阻止水氧侵蚀钙钛矿层而且能够钝化钙钛矿表面缺陷，还具有与钙钛矿更匹配的LUMO能级等特点，该电子传输层既可以很好的传输电子又可以有效地阻挡来自钙钛矿层的空穴，降低了界面处电子复合损失，从而提高钙钛矿太阳能电池的开路电压，短路电流密度，填充因子，最终实现钙钛矿太阳能电池性能的提升，利用本专利技术的制备方法制备的平面异质结钙钛矿太阳能电池的能量转化效率达到8.37％。
[0033]2、新型有机电子传输层的制备方法简单；本专利技术利用新型掺杂剂m
‑
ITTC掺杂传统电子传输层，得到的前驱体溶液直接旋涂在钙钛矿层上，且不需要退火处理，操作简单，提高器件的性能和稳定性的同时成本低廉易得，可实现大面积薄膜的制备。
附图说明
[0034]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。其中：
[0035]图1为本专利技术实施例的钙钛矿太阳能电池的结构示意图；
[0036]图2为本专利技术的掺杂剂m
‑
ITTC分子结构式；
[0037]图3为本专利技术实施例1
‑
4和对照例1中制备的有机电子传输层的紫外吸收图谱；
[0038]图4为本专利技术实施例1
‑
4和对照例1制备的钙钛矿太阳能电池的电流密度
‑
电压特征曲线；
[0039]图5为本专利技术实施例1
‑
4和对照例1中制备的PCBM:m
‑
ITTC薄膜的接触角(其中a为对照例1中的接触角、b为实施例2中接触角、c为实施例1中接触角、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型有机电子传输层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：步骤1，将m
‑
ITTC按照比例掺杂混合到PCBM中，形成混合溶液，将所述混合溶液置于氯苯中混合，搅拌过滤后形成PCBM:m
‑
ITTC前驱液；步骤2，将所述PCBM:m
‑
ITTC前驱液在匀胶机上旋涂20
‑
40s，固化后形成有机电子传输层。2.如权利要求1所述的新型有机电子传输层的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中m
‑
ITTC在PCBM中的掺杂浓度为0.5
‑
2wt％；优选地，步骤1中，所述搅拌的时间为12h。3.如权利要求1所述的新型有机电子传输层的制备方法，其特征在于，PCBM:m
‑
ITTC前驱液的浓度为18
‑
22mg/ml；优选地，在匀胶机上进行所述旋涂的转速为1500
‑
2500rpm。4.一种如权利要求1～3任一项所述的新型有机电子传输层的制备方法制备得到的有机电子传输层。5.一种如权利要求4所述的有机电子传输层的应用，其特征在于，所述有机电子传输层在制备光伏器件中的应用。6.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：步骤S1，将镀有阳极材料的玻璃衬底清洁后用紫外光处理，得到预处理后衬底基片；步骤S2、在所述预处理后衬底基片上沉积PED...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彬彬，王诗琦，李瑶，何世龙，王耀武，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：