一种基于染料界面层提升钙钛矿太阳能电池性能的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于染料界面层提升钙钛矿太阳能电池性能的方法，包括：(1)在透明导电基底上附着第一电荷传输层；(2)将钙钛矿前驱体溶液涂布于第一电荷传输层之上，之后通过旋涂得到钙钛矿薄膜，然后滴加反溶剂促进结晶，接着进行热退火得到钙钛矿吸光层；(3)在钙钛矿吸光层之上旋涂噻吩

【技术实现步骤摘要】
一种基于染料界面层提升钙钛矿太阳能电池性能的方法


[0001]本专利技术属于太阳能电池
，具体涉及一种基于染料界面层提升钙钛矿太阳能电池性能的方法。

技术介绍

[0002]从2003年至今，有机
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无机杂化钙钛矿材料由于具有高吸收系数、长载流子扩散长度和可调节的带隙等优异的光电特性受到了光伏研究界的极大关注，成为了钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cells,PSCs)和其他光伏应用的理想材料。另外，PSCs的功率转换效率(Power Conversion Efficiency,PCE)已从3.8％迅速提高到25.5％，这主要是因为其优异的光伏特性、低成本制造工艺，但与内部缺陷和稳定性相关的问题限制了PSCs的发展。
[0003]现有研究已经证明，在采用溶液法制备钙钛矿膜的过程中，特别是在空气环境下制备钙钛矿膜的过程中，不可避免地会产生高密度的缺陷，尤其是钙钛矿边界和表面的缺陷。此外，在储存过程中，钙钛矿薄膜会在潮湿的空气中分解进而在表面和晶界处产生大量的缺陷，这些缺陷会诱导钙钛矿与水和氧结合，进而加速钙钛矿的降解。作为非辐射复合中心，这些缺陷不仅降低了光电性能，还限制了PCE和器件稳定性的进一步提高。因此，急切地期望通过良好的钝化效应来缓解和减少陷阱辅助的非辐射复合，这将有助于延长器件寿命和提高效率。
[0004]为了解决钙钛矿薄膜的缺陷问题，界面修饰已被应用于提高PSCs的性能和稳定性。其中，目前的研究主要集中在利用界面钝化材料的特殊官能团与钙钛矿相互作用形成配位键，进而有效钝化表面缺陷，调控钙钛矿载体复合行为。基于此，本研究致力于寻找新颖、低成本的分子来达到上述效果；研究发现染料分子由于具有发色团的性质，可以被认为是具有先进光学和电子特性的特殊分子，可以有效钝化钙钛矿薄膜的缺陷，增强光吸收性能，同时促进电荷转移。在众多改性方法中，在钙钛矿层上沉积界面改性层，因其制备工艺简单、无需改变钙钛矿层的制备工艺脱颖而出，对提高大气条件下器件的性能和稳定性起到关键性作用，是一种很有前景的缺陷钝化方法。基于此，在一些研究报道中，证明了染料作为添加剂能改善钙钛矿薄膜和器件的光伏性能和长期稳定性。然而，却少有将染料分子作为PSCs的界面钝化层的相关报道。因此，在空气环境下制备一种具有高效钝化效果的染料分子作PSCs的界面层，对制备高效稳定的PSCs对其商业化发展显得极其重要。

技术实现思路

[0005]基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本专利技术的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本专利技术的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种基于染料界面层提升钙钛矿太阳能电池性能的方法。
[0006]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种基于染料界面层提升钙钛矿太阳能电池性能的方法，包括以下步骤：
[0008](1)在透明导电基底上附着第一电荷传输层；
[0009](2)将钙钛矿前驱体溶液涂布于第一电荷传输层之上，之后通过旋涂得到钙钛矿薄膜，然后滴加反溶剂促进结晶，接着进行热退火得到钙钛矿吸光层；
[0010](3)在钙钛矿吸光层之上旋涂噻吩
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喹啉型双杂环偶氮染料前驱体溶液后加热退火得到染料界面层；
[0011](4)在染料界面层之上附着第二电荷传输层，并在透明导电基底和第二电荷传输层上分别附着顶电极。
[0012]作为优选方案，所述步骤(3)中，噻吩
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喹啉型双杂环偶氮染料前驱体溶液为噻吩
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喹啉型双杂环偶氮染料溶解于有机溶剂得到的前驱体溶液，浓度为1～10mg/mL。
[0013]作为优选方案，所述噻吩
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喹啉型双杂环偶氮染料包括染料1、染料2、染料3、染料4中的至少一种；
[0014]染料1的分子结构式为：
[0015][0016]染料2的分子结构式为：
[0017][0018]染料3的分子结构式为：
[0019][0020]染料4的分子结构式为：
[0021][0022]作为优选方案，所述有机溶剂包括氯苯、异丙醇、甲苯中的至少一种。
[0023]作为优选方案，所述步骤(1)中，透明导电基底为ITO导电玻璃或FTO导电玻璃。
[0024]作为优选方案，所述步骤(2)中，钙钛矿薄膜通过一步法旋涂或者二步法旋涂后退火得到。
[0025]其中，采用一步法旋涂时，在钙钛矿前驱体溶液中，钙钛矿的组分为卤化铅(PbX2，其中X为I、Br或Cl中的一种)、甲脒氢卤酸盐(FAX)、卤化铅(PbY2，其中Y为I、Br、或Cl中的一种，且与X不同)和甲基卤化铵(MAY)中一种或多种以不同比例混合组成的，溶剂为无水DMF和无水DMSO；
[0026]采用二步法旋涂时，PbI2溶解于DMF溶剂中形成均一溶液，MAI溶解于IPA反溶剂中形成溶液。
[0027]作为优选方案，所述步骤(2)中，反溶剂为乙酸乙酯(EA)、氯苯(CB)或异丙醇(IPA)。
[0028]作为优选方案，所述步骤(3)中，加热退火的工艺条件包括：温度为80～100℃，时间40～60min。
[0029]作为优选方案，所述第一电荷传输层为电子传输层或空穴传输层，相应地，第二电荷传输层为空穴传输层或电子传输层；
[0030]所述电子传输层为金属氧化物层，其金属氧化物选用氧化锌、氧化钛、氧化铝、氧化锡、富勒烯衍生物中的一种或多种；
[0031]所述空穴传输层为spiro
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OMeTAD、PEDOT:PSS、PTAA、P型过渡金属氧化物中的一种。
[0032]作为优选方案，所述步骤(4)中，顶电极通过热蒸发沉积或者旋涂得到；其中，顶电极为金、银或者碳电极。
[0033]本专利技术与现有技术相比，有益效果是：
[0034]本专利技术采用噻吩
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喹啉型双杂环偶氮染料溶于有机溶剂中，然后旋涂在钙钛矿吸光层的表面形成界面修饰层。染料分子分布在钙钛矿的表面和晶界处，使钙钛矿薄膜表面更加平整，减少表面的孔洞，有效地钝化晶界和表面缺陷，抑制界面的非辐射复合，提高薄膜的结晶度，改善钙钛矿薄膜的质量；同时，染料本身具有的吸光性能有利于钙钛矿电池的光电性能，提高器件的电流和效率；界面修饰层也是一层均匀的物理膜，降低空气中的水分对钙钛矿薄膜的降解，从而保证了电池器件的效率和稳定性也大幅度提升。
附图说明
[0035]图1为本专利技术实施例中钙钛矿太阳能电池的结构示意图，其中噻吩
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喹啉型双杂环偶氮染料界面层分别与顶电极和钙钛矿吸光层接触，顶电极分别与透明导电基底和电子/空穴传输层接触。
[0036]图2为本专利技术实施例中噻吩
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喹啉型双杂环偶氮染料中染料1，染料2，染料3和染料4的结构式和英文名称。
[0037]图3为本专利技术实施例1中钙钛矿薄膜表面的扫描电子显微镜(SEM)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于染料界面层提升钙钛矿太阳能电池性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在透明导电基底上附着第一电荷传输层；(2)将钙钛矿前驱体溶液涂布于第一电荷传输层之上，之后通过旋涂得到钙钛矿薄膜，然后滴加反溶剂促进结晶，接着进行热退火得到钙钛矿吸光层；(3)在钙钛矿吸光层之上旋涂噻吩
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喹啉型双杂环偶氮染料前驱体溶液后加热退火得到染料界面层；(4)在染料界面层之上附着第二电荷传输层，并在透明导电基底和第二电荷传输层上分别附着顶电极。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，噻吩
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喹啉型双杂环偶氮染料前驱体溶液为噻吩
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喹啉型双杂环偶氮染料溶解于有机溶剂得到的前驱体溶液，浓度为1～10mg/mL。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述噻吩
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喹啉型双杂环偶氮染料包括染料1、染料2、染料3、染料4中的至少一种；染料1的分子结构式为：染料2的分子结构式为：染料3的分子结构式为：染料4的分子结构式为：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂包括氯苯、异丙醇、甲苯中的至少一种。5.根据权利要求1
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4任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：辜宁霞，宋立新，江华，冯野，孙泽元，熊杰，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：