一种高效稳定聚合物空穴传输层材料和钙钛矿太阳电池器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高效稳定聚合物空穴传输层材料和钙钛矿太阳电池器件及其制备方法；所述高效稳定聚合物空穴传输层材料结构式如下；所述钙钛矿太阳电池器件依次包括以下部分：透明玻璃基的导电ITO衬底、SnO2电子传输层薄膜、钙钛矿薄膜、空穴传输层薄膜、氧化钼蒸镀层、银电极；所述空穴传输层薄膜的材料包括高效稳定聚合物空穴传输层材料。通过在透明玻璃基的导电ITO衬底上依次旋涂SnO2溶液、钙钛矿前驱体溶液、空穴传输层溶液；再蒸镀氧化钼和银电极制得钙钛矿太阳电池器件。本发明专利技术提供的空穴传输层在保证较高的光电转化效率的前提下，显著提高了钙钛矿太阳电池的器件光照稳定性。性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
for hysteresis
‑
less scalable planar perovskite solar cells.)。

技术实现思路

[0008]为了解决上述现有技术的缺点和不足，本专利技术的目的在于提供一种新型高效稳定的聚合物空穴传输层材料，显著提高钙钛矿太阳电池的光照稳定性。同时提供一种钙钛矿太阳电池器件及其制备方法。
[0009]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0010]一种高效稳定聚合物空穴传输层材料，其化学结构如下：
[0011][0012]其中，n的范围为1000
‑
50000。
[0013]一种钙钛矿太阳电池器件，依次包括以下部分：透明玻璃基的导电ITO(氧化铟锡)衬底、SnO2电子传输层薄膜、钙钛矿薄膜、空穴传输层薄膜、氧化钼蒸镀层、银电极；所述空穴传输层薄膜的材料包括上述的高效稳定聚合物空穴传输层材料。
[0014]优选的，所述的透明玻璃基的导电ITO衬底，是下面一层透明的玻璃，玻璃上沉积了ITO透明导线金属，ITO的厚度100
‑
300纳米。
[0015]优选的，所述SnO2电子传输层薄膜的厚度为20
‑
40纳米。
[0016]优选的，所述钙钛矿薄膜的厚度为400
‑
900纳米。更优选的，所述钙钛矿薄膜的厚度为500
‑
700纳米。
[0017]优选的，所述钙钛矿薄膜的前驱体溶液的化学组分为Cs
0.05
MA
>0.14
FA
0.81
PbBr
x
I3‑
x
,其中x的取值在0.3～1之间。
[0018]优选的，所述的空穴传输层薄膜的厚度为20
‑
40纳米。
[0019]优选的，所述空穴传输层薄膜的材料还包括双三氟甲烷磺酰亚胺锂(化学式为Li
‑
TFSI)、特丁基吡啶(化学式为Tbp)；其中，三氟甲烷磺酰亚胺锂的质量为高效稳定聚合物空穴传输层材料质量的1
‑
15％，特丁基吡啶的体积和高效稳定聚合物空穴传输层材料的质量的比为(0.1
‑
10)：(0.7
‑
1.5)ml/g。
[0020]优选的，所述氧化钼蒸镀层的厚度为10
‑
20纳米。进一步优先的，所述氧化钼蒸镀层的厚度为10
‑
15纳米。
[0021]优选的，所述银电极的厚度为70
‑
100纳米。进一步优先的，所述银电极的厚度为80
‑
100纳米。
[0022]上述钙钛矿太阳电池器件的制备方法，包括以下步骤：
[0023](1)清洗透明玻璃基的导电ITO衬底并且干燥；将SnO2溶液旋涂在干燥后的透明导电ITO衬底上，加热处理，获得ITO/SnO2薄膜；
[0024](2)将钙钛矿前驱体溶液使用旋涂方法在步骤(1)所述的ITO/SnO2薄膜上，然后再加热处理，获得ITO/SnO2/钙钛矿薄膜；
[0025](3)将高效稳定聚合物空穴传输层材料溶液旋涂在步骤(2)所述的ITO/SnO2/钙钛矿薄膜上，然后再加热处理，获得ITO/SnO2/钙钛矿薄膜/空穴传输层薄膜；
[0026](4)将步骤(3)所述ITO/SnO2/钙钛矿薄膜/空穴传输层薄膜转移至镀膜机中，将镀膜机抽真空度抽到10^
‑
6到10^
‑
7Torr，开始热蒸镀氧化钼蒸镀层，最终获得ITO/SnO2/钙钛矿薄膜/空穴传输层薄膜/氧化钼蒸镀层；
[0027](5)在步骤(4)所述的ITO/SnO2/钙钛矿薄膜/空穴传输层薄膜/氧化钼蒸镀层接着蒸镀银电极，真空度为10^
‑
6到10^
‑
7Torr，然后从镀膜机中取出，最后获得的钙钛矿太阳电池器件。
[0028]优选的，步骤(1)所述加热处理在空气气氛下进行，加热处理的温度为130
‑
180℃，加热处理的时间为15
‑
40分钟。
[0029]优选的，步骤(2)所述钙钛矿前驱体溶液的组分为Cs
0.05
MA
0.14
FA
0.81
PbBr
x
I3‑
x
,其中x的取值为0.3～1，按化学计量比称量MAI固体粉末、FAI固体粉末、CsI固体粉末、PbI2固体粉末、PbBr2固体粉末混合，将N,N
‑
二甲基甲酰胺(化学式为DMF)与二甲基亚砜(化学式为DMSO)按照体积比例为1
‑
8：1混合得到混合溶剂，将所述混合溶剂注入上述混合粉末中，获得总浓度为1.0
‑
1.6毫摩尔/毫升的钙钛矿前驱体溶液；
[0030]优选的，步骤(2)所述旋涂具体过程为：在手套箱氮气氛围中，首先以1000
‑
2000转/分钟的转速旋涂10
‑
15秒，紧接着以4000
‑
5000转/分钟的转速旋涂20
‑
30秒，在旋涂结束的倒数第10
‑
20秒，将100
‑
200微升的氯苯溶剂快速滴加在前驱体薄膜上；最后将钙钛矿薄膜置于氮气气氛下的热台上100
‑
130摄氏度加热10
‑
20分钟，之后冷却至室温，获得ITO/SnO2/钙钛矿薄膜。
[0031]优选的，步骤(3)所述旋涂条件为2000
‑
3000转/分钟，旋涂时间为20
‑
40秒。
[0032]优选的，步骤(3)所述加热处理的温度为110℃
‑
120℃，加热处理的时间为10
‑
20分钟。
[0033]优选的，步骤(3)所述高效稳定聚合物空穴传输层材料溶液的溶剂为氯苯，浓度为7
‑
15毫克/毫升；所述高效稳定聚合物空穴传输层材料加入溶剂后50
‑
75℃加热搅拌5
‑
12个小时。
[0034]优选的，所述高效稳定聚合物空穴传输层材料溶液中还包括双三氟甲烷磺酰亚胺锂、特丁基吡啶；其中，三氟甲烷磺酰亚胺锂的质量为高效稳定聚合物空穴传输层材料质量的1
‑
15％，特丁基吡啶的体积和高效稳定聚合物空穴传输层材料溶液的体积比为0.1
‑
10％。
[0035]与已有技术相比，本专利技术有以下优点和有益效果：
[0036]本专利技术公布的新型空穴传输层，在保证较高的光电转化效率的前提下，与已经广泛应用的空穴传输层Spiro
‑
OMeTAD相比，显著提高了钙钛矿太阳电池的器件光照稳定性。
[0037]本专利技术为高效稳定聚合物空穴传输层分子结构设计提供了非常有益的设计思路，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效稳定聚合物空穴传输层材料，其特征在于，其化学结构如下：其中，n的范围为1000
‑
50000。2.一种钙钛矿太阳电池器件，其特征在于，所述钙钛矿太阳电池器件结构依次包括以下部分：透明玻璃基的导电ITO衬底、SnO2电子传输层薄膜、钙钛矿薄膜、空穴传输层薄膜、氧化钼蒸镀层、银电极；所述空穴传输层薄膜的材料包括权利要求1所述的高效稳定聚合物空穴传输层材料。3.根据权利要求2所述的钙钛矿太阳电池器件，其特征在于，所述的透明玻璃基的导电ITO衬底，是下面一层透明的玻璃，玻璃上沉积了ITO透明导线金属，ITO的厚度100
‑
300纳米。4.根据权利要求2所述的钙钛矿太阳电池器件，其特征在于，所述SnO2电子传输层薄膜的厚度为20
‑
40纳米；所述钙钛矿薄膜的厚度为400
‑
900纳米，所述钙钛矿薄膜的前驱体溶液的化学组分为Cs
0.05
MA
0.14
FA
0.81
PbBr
x
I3‑
x
,其中x的取值为0.3～1；所述空穴传输层薄膜的厚度在20
‑
40纳米；所述氧化钼蒸镀层的厚度为10
‑
20纳米；所述银电极的厚度为70
‑
100纳米。5.根据权利要求2所述的钙钛矿太阳电池器件，其特征在于，所述空穴传输层薄膜的材料还包括双三氟甲烷磺酰亚胺锂、特丁基吡啶；其中，三氟甲烷磺酰亚胺锂的质量为高效稳定聚合物空穴传输层材料质量的1
‑
15％，特丁基吡啶的体积和高效稳定聚合物空穴传输层材料的质量的比为(0.1
‑
10)：(0.7
‑
1.5)ml/g。6.权利要求2
‑
5任一项所述钙钛矿太阳电池器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)清洗透明玻璃基的导电ITO衬底并且干燥；将SnO2溶液旋涂在干燥后的透明导电ITO衬底上，加热处理，获得ITO/SnO2薄膜；(2)将钙钛矿前驱体溶液旋涂在步骤(1)所述的ITO/SnO2薄膜上获得ITO/SnO2/钙钛矿薄膜；(3)将高效稳定聚合物空穴传输层材料溶液旋涂在步骤(2)所述的ITO/SnO2/钙钛矿薄膜上，然后再加热处理，获得ITO/SnO2/钙钛矿薄膜/空穴传输层薄膜；(4)将步骤(3)所述ITO/SnO2/钙钛矿薄膜/空穴传输层薄膜转移至镀膜机中，将镀膜机抽真空度抽到10^
‑
6到10^
‑
7Torr，开始热蒸镀氧化钼蒸镀层，最终获得ITO/SnO2/钙钛矿薄膜/空穴传输层薄膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶轩立，杨永超，贾小娥，陈梓铭，黎振超，黄飞，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：