一种掺杂空穴传输层优化钙钛矿太阳能电池器件的制备方法技术

本发明专利技术属于光伏领域，具体涉及一掺杂改性空穴传输层优化钙钛矿太阳能电池器件的制备方法。PEDOT:PSS+EDTA

【技术实现步骤摘要】
一种掺杂空穴传输层优化钙钛矿太阳能电池器件的制备方法


[0001]本专利技术属于光伏领域，具体涉及一种掺杂空穴传输层优化钙钛矿太阳能电池器件的制备方法。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池作为第三代太阳能电池，发展现状良好，如今钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已达到25.7%。铅基钙钛矿太阳能电池带来的环境问题限制了其进一步应用。与铅基钙钛矿相比，锡基钙钛矿表现出相似或优越的电子和光学性能例如更高的载流子迁移率和长寿命的热载流子最有希望的替代品。但是锡基钙钛矿吸收层薄膜结晶复杂、生长不可控制且薄膜中的Sn
2+
在空气中容易被氧化成Sn
4+
，因此锡基钙钛矿太阳能电池总体性能较差。
[0003]对于倒置锡基钙钛矿太阳能电池的器件，空穴传输层（HTL）通常对于有效阻挡电子和传输空穴是必不可少的，此外它还影响上层钙钛矿层的质量并直接影响器件的效率和稳定性。
[0004]PEDT:PSS是聚（3，4
‑
乙烯基二氧噻吩）聚（苯乙烯磺酸盐）的水性分散体。以PEDOT单体为原料，聚合而成的一系列高分子聚合物，PEDOT:PSS可以分散在水中以及一些有机溶剂中，并且可以使用传统的基于溶液的涂层方法来制造高质量的薄膜。PEDOT:PSS薄膜材料成本低，具有出色的热稳定性和高机械柔韧性，在可见光范围内均匀且高度透明，电导率在一定的合成条件、使用不同的添加剂或后处理方法的情况下可以在10
‑2到10
3 S/cm范围内调节。所以PEDOT:PSS是倒置钙钛矿太阳能电池中最流行的空穴传输层材料（HTL）。
[0005]PEDOT:PSS是一种聚电解质，具有带正电的共轭PEDOT和带负电的非共轭PSS。它们通过强大的库仑吸引力结合在一起。PEDOT是导电的和疏水的，而PSS是不导电的、亲水的和酸性的。然而PEDOT:PSS的吸湿性和酸性会影响电池的器件性能。吸湿性导致PEDOT:PSS从环境中吸收水分，使钙钛矿吸收层分解，酸性会腐蚀ITO电极。因此，优化PEDOT:PSS的性能对于制造具有长期稳定性的PSCs至关重要。优化PEDOT:PSS层的pH值、亲水性、功函数、表面形貌和电导率等可以提高PSCs的PCE和稳定性，一般来说，改性方法可以分为三种类型：掺杂、后处理和使用双层。
[0006]为了解决这个问题，一些强碱（如KOH、NaOH和胍）等已被用于中和PEDOT:PSS的酸性。然而强碱的中和过程会对PEDOT:PSS的电荷传输性能产生不利影响，导致器件效率降低，因此后来研究者们更倾向于采用更温和的碱基。PEDOT:PSS（约
‑
5.0 eV）和钙钛矿活性层（例如FASnI3的功函数为
‑
5.9 eV）之间的能级失配导致器件效率和稳定性降低。这是因为PEDOT:PSS/钙钛矿界面处的能垒不仅抑制了空穴从钙钛矿到PEDOT:PSS的传输，而且增强了界面复合，导致V
oc 低，稳定性差。因此，调控PEDOT:PSS的电子特性对于提高器件稳定性至关重要。为了实现更好的能级匹配，有研究者将NaCl掺杂到PEDOT:PSS中以调整其功函数，并在CH3NH3PbI3基PSCs中获得了1.52 V的出色V
oc
。改性PEDOT:PSS空穴传输层的PSCs在N2气氛中储存60天后可以保持其原始PCE的85%以上。研究发现，掺杂钠盐可有效调整空穴
传输层的能级并获得出色的开路电压。
[0007]乙二胺四乙酸二钠简称EDTA
‑
2Na,是一种含有羧基和氨基的螯合剂,具有广泛的配位性能。具有分子体积大、配位能力强、易脱除的特点。在这项专利技术中，我们率先将乙二胺四乙酸二钠（EDTA
‑
2Na）作为掺杂剂引入PEDOT:PSS层。由于EDTA
‑
2Na有六个配位离子，它可以有效地改变PEDOT:PSS溶液的酸性，同时优化功函数和界面势垒。因此可以有效提高基于FASnI3的PSCs的整体器件性能和长期稳定性。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于解决PEDOT:PSS的吸湿性和酸性对电池器件性能的影响，通过提供一种有效的掺杂方法，不仅使空穴传输层和钙钛矿吸收层之间的能级更加匹配，增加空穴迁移率，获得出色的开路电压（V
oc
）；同时在PEDOT:PSS中掺杂EDTA
‑
2Na可以有效提高FASnI3膜的膜质，使钙钛矿薄膜晶粒尺寸更大且尺寸大小更均匀，提高锡基钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和器件稳定性。
[0009]为解决现有技术问题，本专利技术采取的技术方案如下：本专利技术中改进的空穴传输层的材料为掺杂不同浓度EDTA
‑
2Na的PEDOT:PSS溶液，具体浓度为0.8 mg/mL、2.0 mg/mL、2.5 mg/mL、5.0 mg/mL、7.5 mg/mL、10.0 mg/mL、20.0 mg/mL，配比方法是对于小掺杂浓度的溶液通过配比大浓度的掺杂溶液进行稀释，确保掺杂浓度的准确性。配置溶液之后加入磁子放置在磁力搅拌台上充分搅拌直至钠盐粉末完全溶于PEDOT:PSS溶液待用。
[0010]根据不同掺杂浓度取相同数量的注射针管，吸取溶液之后换上0.45 μm的PVDF滤头进行过滤，之后将PEDOT:PSS溶液滴加在ITO基片上使之完全覆盖，旋涂仪的设置参数为转速5000 rpm，旋涂40 s。旋涂停止后，取下基片放置在干净的退火台上，在空气中以140℃退火15
‑
20 min，以形成空穴传输层。根据编号区分不同掺杂浓度的PEDOT:PSS溶液。
[0011]本专利技术提供的技术方案是一种以EDTA
‑
2Na掺杂PEDOT:PSS空穴传输层以改进锡基钙钛矿太阳能电池器件的方法，该太阳能电池由下至上依次包括ITO导电玻璃层、空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层、空穴阻挡层和电极。将EDTA
‑
2Na以5.0 mg/mL的掺杂比例溶于空穴传输材料PEDOT:PSS中配制形成PEDOT:PSS+EDTA
‑
2Na溶液。
[0012]太阳能电池器件包括依次层叠的ITO导电玻璃层、PEDOT:PSS空穴传输层、无铅钙钛矿吸收层、C60电子传输层、BCP空穴阻挡层和Ag电极。在空穴传输层上旋涂制备得钙钛矿吸收层，在钙钛矿吸收层上蒸镀C60材料制备得电子传输层，在电子传输层上蒸镀BCP制备得空穴阻挡层，在空穴阻挡层上蒸镀Ag电极制备得电极层。
[0013]相比于现有的技术，本专利技术具有如下优点：1.率先将乙二胺四乙酸二钠（EDTA
‑
2Na）作为掺杂剂引入PEDOT:PSS层。由于EDTA
‑
2Na有六个配位离子，它可以有效地改变PEDOT:PSS溶液的酸性，同时优化功函数和界面势垒，因此可以有效提高基于FASnI3的PSCs的整体器件性能。
[0014]2.乙二胺四乙酸二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种掺杂空穴传输层优化钙钛矿太阳能电池器件的制备方法，其特征在于，所述的太阳能电池器件包括依次层叠的ITO导电玻璃层、空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层、空穴阻挡层和电极层；所用的制备方法步骤如下：（1）ITO导电玻璃层预处理；（2）在ITO上旋涂；使用的材料为PEDOT: PSS水溶液，浓度为1.3%—1.7%，掺杂EDTA
‑
2Na配制形成PEDOT:PSS+EDTA
‑
2Na溶液，在经过预处理的ITO基片上使用旋涂仪旋涂所述的溶液；完成旋涂后，取下基片放置在退火台上，在空气中退火，形成空穴传输层；（3）在空穴传输层上制备钙钛矿吸收层，先将钙钛矿前驱体溶液旋涂到空穴传输层上，旋涂时滴加氯苯溶液，之后进行退火处理得到钙钛矿吸收层；（4）在钙钛矿吸收层上蒸镀富勒烯C60，得电子传输层；（5）在电子传输层上蒸镀2,9
‑
二甲基
‑
4,7
‑
二苯基
‑
1,10
‑
菲咯啉，得空穴阻挡层；（6）在空穴阻挡层上沉积Ag，得电极层。2.根据权利要求1所述的掺杂空穴传输层优化钙钛矿太阳能电池器件的制备方法，其特征在于，所述的EDTA
‑
2Na...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾文进，叶茹，夏瑞东，袁超超，徐瑶，施玉婷，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：