改善柔性钙钛矿太阳能电池柔韧性及机械性能的方法技术

改善柔性钙钛矿太阳能电池柔韧性及机械性能的方法，定义导电衬底为最下层时，该太阳能电池从下到上依次包括：导电衬底层；电子传输层；聚合物和无机金属氧化物纳米颗粒改性的钙钛矿吸光层；空穴传输层；对电极；所述聚合物为壳聚糖、聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯和聚（偏二氟乙烯

【技术实现步骤摘要】
改善柔性钙钛矿太阳能电池柔韧性及机械性能的方法


[0001]本专利技术涉及一种改善柔性钙钛矿太阳能电池性能的方法，具体涉及一种改善柔性钙钛矿太阳能电池柔韧性及机械性能的方法。

技术介绍

[0002]金属钙钛矿由于其独特的光学和物理性能、低成本、可低温溶液制备等优点，成为构建柔性太阳能电池的理想材料。在复合工程、表面钝化、界面修饰和制造工艺优化等技术的支持下，结合低温电荷传输层、钙钛矿吸光层、柔性导电基板的研究开发，柔性钙钛矿太阳能电池（F
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PSCs）的光电转换效率已经超过了21%。这些优异成果证明了F
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PSCs在可穿戴和便携式电子设备、曲面电子显示器等方面具有巨大的潜能。但是F
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PSCs的效率问题、稳定性问题以及大面积印刷下的薄膜质量问题等仍是限制其商业化应用的瓶颈。
[0003]F
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PSCs领域的研究自首次出现以来发展迅速，且刚性PSCs的许多发展已在F
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PSCs中得以复制。然而，仍有许多重要因素限制了F
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PSCs效率的进一步提高。例如，高质量低温电子传输层的制备困难，塑料基底在退火过程存在热变形而导致电阻增加使得电极、电荷传输层界面处的电荷载流子损失，塑料基底的表面粗糙度较差而导致包括电子传输层和钙钛矿层在内的顶层形态不佳，塑料基板在紫外和可见光范围内的透射率低等，这些问题本质上会使得柔性器件的效率仍落后于刚性器件。
[0004]伴随着F
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PSCs的效率的不断提升，器件的环境稳定性、柔韧性、可拉伸性成为更加备受关注的方面。因此，如何提升F
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PSCs的稳定性以满足各种可穿戴和便携式电子设备成为当今社会面临的一大挑战。目前，研究人员不断将重心向稳定性方向转变。研究发现，在空气、水分和加热循环的存在下，钙钛矿层、有机电子传输层和空穴传输层会加速降解。钙钛矿晶体的降解和相变主要归因于它的离子性质，氧气、水分、紫外线辐射和热量是钙钛矿晶体降解的主要因素，然而钙钛矿层的降解机制尚未完全清楚。另外，聚合物基底对水分和氧气侵入的阻隔性较弱，透过柔性基底的水氧会导致钙钛矿层和其他成分层进一步降解。因此，F
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PSCs存在严重的长期环境稳定性问题。提高F
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PSCs的稳定性需要考虑众多因素，例如钙钛矿的组成、钙钛矿薄膜的均匀性和结晶度、界面工程、电荷传输材料和电极的选择以及封装技术。另外，弯曲稳定性是F
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PSCs商业化应用需要解决的重要因素之一，弯曲稳定性主要受限于透明电极的机械强度以及电荷传输层与钙钛矿薄膜之间的粘合性能。传统的高效柔性钙钛矿器件是在ITO/PET或PEN基板上制造的，在反复弯曲后ITO的刚性特征会导致薄膜出现裂纹，导致载流子泄露并增加串联电阻，从而使器件失效。
[0005]CN 107104189 A公开了一种钙钛矿薄膜太阳能电池，其包括阴极、钙钛矿吸光层和阳极，所述阳极与钙钛矿吸光层之间还设有电极界面修饰层，所述电极界面修饰层包含能与所述钙钛矿吸光层反应而促进钙钛矿晶体结晶性的原子和/或离子，并且所述电极界面修饰层还用以改善所述阳极的表面粗糙度和形貌。该电池使用氧化物颗粒和聚合物用在钙钛矿上界面作为界面修饰层来改善器件湿度稳定性，并未提及如何提升钙钛矿吸光层稳定性，更缺少对柔性器件的弯曲稳定性的研究，并且其所获器件的光电转换效率低。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种改善柔性钙钛矿太阳能电池柔韧性及机械性能的方法。
[0007]本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是：改善柔性钙钛矿太阳能电池柔韧性及机械性能的方法，定义导电衬底为最下层时，该太阳能电池从下到上依次包括：导电衬底层；电子传输层；聚合物和无机金属氧化物纳米颗粒改性的钙钛矿吸光层；空穴传输层；对电极。
[0008]优选地，所述导电衬底层为透明聚对萘二甲酸乙二醇酯柔性衬底（ITO
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PEN）。
[0009]优选地，所述电子传输层为SnO2、TiO2、ZnO或PCBM电子传输层。
[0010]优选地，所述聚合物为壳聚糖，聚氧化乙烯（PEO），聚丙烯腈（PAN），聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），聚偏二氟乙烯（PVDF
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HFP）中的一种或几种；所述无机金属纳米氧化物为TiO2、ZnO、Al2O3、SiO2和ZrO2中一种或几种。
[0011]优选地，所述钙钛矿吸光层为ABX3钙钛矿吸光层，其中A为CH3NH3或Cs, B为Pb、Sn、In或Ge，X为I、Br或Cl中的一种或几种。
[0012]优选地，所述空穴传输材料为小分子聚合物，更优选为Spiro
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OMeTAD、PSS、P3HT、PEDOT和NiO中的一种或几种，进一步优选Spiro
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OMeTAD和/或P3HT。
[0013]优选地，所述的改善柔性钙钛矿太阳能电池柔韧性及机械性能的方法，具体包括以下步骤：（1）清洗透明ITO
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PEN，制得透明的导电衬底；（2）在制得的导电衬底的表面制备电子传输层；（3）在制得的电子传输层的表面制备聚合物和无机金属氧化物纳米颗粒改性的钙钛矿ABX3吸光层；（4）在制得的聚合物和无机金属氧化物纳米颗粒改性的钙钛矿ABX3吸光层的表面制备空穴传输层；（5）在制得的空穴传输层的表面蒸镀薄金属对电极，即成。
[0014]更优选地，步骤（1）中，清洗的方式为：将透明ITO
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PEN导电玻璃置于去离子水，无水乙醇、异丙醇中分别超声震荡10~20 min，于80~120℃烘10~25 min（用于去除表面可见的杂质），紫外臭氧处理20~30 min（用于去除表面的有机基团，以减小水接触角）。
[0015]更优选地，步骤（2）中，电子传输层的制备方法为：在所述导电衬底的表面滴加电子传输材料分散液，通过旋涂法4000~6000 rpm旋涂20~40 s（使之均匀成膜），在150~200 ℃加热30~40 min，即成。
[0016]进一步优选地，步骤（2）中，所述电子传输材料分散液是由电子传输材料（SnO2、TiO2、ZnO或PCBM）与溶剂（去离子水或异丙醇或氯苯））按照体积比1：1~8混合，超声分散制成。
[0017]更优选地，步骤（3）中，将经过滤后的钙钛矿前驱液滴加在所述电子传输层的表面，旋涂，热处理，退火，得到聚合物和无机金属氧化物纳米颗粒改性的钙钛矿ABX3吸光层。
[0018]更优选地，步骤（3）中，所述聚合物和无机金属氧化物纳米颗粒改性的钙钛矿前驱液的制备方法为：将聚合物、无机氧化物纳米颗粒、AX和BX2溶解在二甲基亚砜（DMSO）或与N，N
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二甲基甲酰胺（DMF）的溶液中，65~75 ℃下加热搅拌4~12 h。
[0019]进一步优选地，步骤（3）中，所述钙钛矿前驱液中，聚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.改善柔性钙钛矿太阳能电池柔韧性及机械性能的方法，其特征在于，定义导电衬底为最下层时，该太阳能电池从下到上依次包括：导电衬底层；电子传输层；聚合物和无机金属氧化物纳米颗粒改性的钙钛矿吸光层；空穴传输层；对电极。2.根据权利要求1所述的改善柔性钙钛矿太阳能电池柔韧性及机械性能的方法，其特征在于，所述导电衬底层为透明聚对萘二甲酸乙二醇酯柔性衬底；所述电子传输层为SnO2、TiO2、ZnO或PCBM电子传输层；所述空穴传输层为Spiro
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OMeTAD、PSS、P3HT、PEDOT和NiO中的一种或几种；所述聚合物为壳聚糖、聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯和聚（偏二氟乙烯
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六氟丙烯）中的一种或几种；所述无机金属纳米氧化物为TiO2、ZnO、Al2O3、SiO2和ZrO2中一种或几种；所述钙钛矿吸光层为ABX3钙钛矿吸光层，其中A为CH3NH3或Cs, B为Pb、Sn、In或Ge，X为I、Br或Cl中的一种或几种。3.根据权利要求1或2所述的改善柔性钙钛矿太阳能电池柔韧性及机械性能的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：（1）清洗透明聚对萘二甲酸乙二醇酯柔性衬底，制得透明的导电衬底；（2）在制得的导电衬底的表面制备电子传输层；（3）在制得的电子传输层的表面制备聚合物和无机金属氧化物纳米颗粒改性的钙钛矿ABX3吸光层；（4）在制得的聚合物和无机金属氧化物纳米颗粒改性的钙钛矿ABX3吸光层表面制备空穴传输层；（5）在制得的空穴传输层的表面蒸镀薄金属对电极，即成。4.根据权利要求3所述的改善柔性钙钛矿太阳能电池柔韧性及机械性能的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述清洗的方式为：将透明FTO导电玻璃置于去离子水，无水乙醇、异丙醇中分别超声震荡10~20 min，于80~120℃烘10~25 min，紫外臭氧处理20~30 min。5.根据权利要求3或4所述的改善柔性钙钛矿太阳能电池柔韧性及机械性能的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述电子传输层的制备方法为：在所述导电衬底的表面滴加电子传输材料分散液，通过旋涂法4000~6000 rpm旋涂20~40 s，在150~200 ℃加热30~40 min，即成；所述电子传输材料分散液是由电子传输材料（SnO2、TiO2、ZnO或PCBM）与溶剂（去离...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨英，陈甜，郭学益，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：