一种有机空穴传输材料及其制备得到的钙钛矿太阳能电池制造技术

本发明专利技术涉及一种有机空穴传输材料及其制备得到的钙钛矿太阳能电池，有机空穴传输材料在衬底上的具有较强的锚定作用，能够改善钙钛矿埋底界面光电特性、机械性能以及调控界面能级，促进从钙钛矿层到空穴传输层的空穴传输效率，解决现有技术中电池界面稳定性不足、空穴传输效率低的问题。传输效率低的问题。传输效率低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种有机空穴传输材料及其制备得到的钙钛矿太阳能电池


[0001]本专利技术属于钙钛矿电池材料领域，具体涉及一种有机空穴传输材料及其制备得到的钙钛矿太阳能电池。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池的效率从最初的3.8％提升至25.5％，尽管在效率方面取得了重大突破，但长期稳定性仍然是钙钛矿太阳能电池商业化的一大挑战，因为钙钛矿材料在氧气、水分、加热和光照下会分解。与甲铵(Methylammonium，MA)基钙钛矿相比，甲脒(Formamidinium，FA)基钙钛矿热稳定性更高，带隙也更接近由Shockley
‑
Queisser 极限得出的单结太阳能电池的最佳带隙，具有更高的理论效率。迄今为止，FAPbI3是目前几乎所有高效钙钛矿太阳能电池中普遍存在的钙钛矿成分，然而，纯FAPbI3在室温下容易从光活性α相转变为光活性δ相，为了稳定其光活性相，通常引入离子半径较小的阳离(Cs
+
或Rb
+
)和卤化物(Br
‑
或Cl
‑
)形成混合阳离子卤化物钙钛矿。特别地，以 FA1‑
X
Cs
X
PbI
y
Br3‑
y
(缩写为FACs)基的钙钛矿太阳能电池因其优异的热稳定性和可调节的带隙，成为钙钛矿太阳能电池商业化的理想材料。
[0003]迄今为止，大多数高性能的PSC基于n
‑
i
‑
p正式结构，最常用的空穴传输层是掺杂 2，2
′
，7，7
′‑
tetrakis[N，N
‑
bis(p
‑
methoxyphenyl)amino]‑
9，9
′‑
spirobifluorene(spiro
‑
OMeTAD)，然而，掺杂后的spiro
‑
OMeTAD缺乏足够的稳定性，限制了器件的长期稳定性。鉴于此，采用稳定界面层的反式钙钛矿太阳能电池的研究受到了更多关注，尤其是以p型半导体氧化物为空穴传输层，比如氧化镍作为空穴传输层的构建反式结构钙钛矿太阳能电池。然而，与有机空穴传输层相比，基于氧化镍的钙钛矿太阳能电池面临着开路电压较低和效率更低的问题，因此，改善钙钛矿与氧化镍的界面特性对提升氧化镍基反式结构钙钛矿太阳能电池的性能具有重要意义。现有技术中有公开利用有机小分子材料作为空穴传输层改善氧化镍基反式结构PSC界面性能，例如，Yang Wang等人开发的分子具有 D
‑
Ac
‑
An结构(如图a)，这类结构的有机分子与n型染料敏化太阳能电池中D
‑
A或者 D
‑
π
‑
A结构的有机染料类似，锚基一般位于电子受体上，分子内电子转移方向为从电子给体到电子受体，再到锚基，使用该类结构作为反式结构钙钛矿太阳能电池的有机空穴传输层时，锚基倾向于吸附在p型半导体氧化物上，电子经有机分子流向p型半导体氧化物，即有机分子/p型半导体氧化物界面空穴传输方向是从p型半导体氧化物到有机分子，因此就会存在有机输分子/p型半导体氧化物界面电荷传输方向与钙钛矿层/p型半导体氧化物层界面空穴传输方向不匹配的问题；Al
‑
Ashouri等人设计了具有单锚基修饰电子给体咔唑的分子(图c)，仍然存在氧化镍基底上的锚定作用不够、有机分子电荷传输方向和钙钛矿层/氧化镍界面空穴传输方向不匹配的问题，Ece Aktas等人报道的分子结构中(如图b)，不仅存在上述不匹配的问题，同时，由于咔唑顶部的两个甲氧基部分补偿了磷酸锚基中的极化电荷，使界面处形成更低的分子偶极矩，造成界面的空穴抽取速率一定程度的下降。
[0004]
技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题为：提供一种有机空穴传输材料及钙钛矿太阳能电池，用以解决现有技术中钙钛矿与空穴传输层界面稳定性不足、空穴效率低的问题。
[0006]本专利技术提供的具体解决方案如下：
[0007]本专利技术提供了一种有机空穴传输材料，有机空穴传输材料如式I或式II所示，
[0008][0009]其中，各分子式中，R1分别独立地选自羧酸基或磷酸基中的一种；R2分别独立地选自取代或未取代苯基、取代或未取代的芴基、取代或未取代的咔唑基、取代或未取代的噻吩基、取代或未取代的苯并噻吩基、取代或取代的苯并噻二唑基中的一种；R3分别独立地选自吸电子基取代的乙烯基、吸电子基取代的芳香基、吸电子取代的噻吩基、取代或未取代的酰亚胺基，所述吸电子基取代包括吸电子基单取代或吸电子基多取代。
[0010]在上述基础上，本专利技术还可以进行如下改进：
[0011]优选地，所述吸电子基选自腈基、取代或未取代的酰亚胺基、取代或未取代的亚胺基。
[0012]优选地，所述有机空穴传输材料选自以下结构中的一种：
[0013][0014][0015]本专利技术还提供了一种钙钛矿太阳能电池，包括：透明导电氧化物衬底、无机p型半导体空穴传输层、钙钛矿活性层以及设置于所述无机p型半导体空穴传输层和钙钛矿活性层之间的有机空穴传输层，所述有机空穴传输层包含如上所述的有机空穴传输材料；
[0016]或者，包括透明导电氧化物衬底、钙钛矿活性层以及设置于所述透明导电氧化物衬底和钙钛矿活性层之间的有机空穴传输层，所述有机空穴传输层包含如上所述的有机空穴传输材料。
[0017]进一步，钙钛矿太阳能电池包括依次设置的透明导电氧化物衬底、无机p型半导体空穴传输层、所述有机空穴传输层、钙钛矿活性层、电子传输层、空穴阻挡层和电极层；
[0018]或者，包括依次设置的透明导电氧化物衬底、所述有机空穴传输层、钙钛矿活性层、电子传输层、空穴阻挡层和电极层。
[0019]进一步，所述p型半导体空穴传输层材料选自氧化镍、掺杂氧化镍、硫氰酸亚铜或镓酸亚铜中的一种。
[0020]进一步，所述钙钛矿活性层材料为ABX3，其中，A选自甲铵、甲脒、Cs
+
中的一种或多种，B选自Pb
2+
、Sn
2+
中的一种或两种，X选自I
‑
、Br
‑
、Cl
‑
中的一种或多种。
[0021]进一步，所述电子传输层材料选自[6，6]‑
苯基
‑
C71
‑
丁酸异甲酯、C
60
或C
60
衍生物中的一种。
[0022]进一步，所述电极层为单层结构或双层结构，所述单层结构材料选自银、金、铜、铬、氧化铟锡、铝掺杂的氧化锌、掺钨氧化铟中的一种，所述双层结构选自铋铜双层结构、铋金双层结构、铋银双层结构、铬铜双层结构、铬金双层结构或铬银双层结构中的一种。
[0023]进一步，所述有机空穴传输层的制备包括如下步骤：
[0024]将所述有机空穴传输材料溶于有机溶剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机空穴传输材料，其特征在于，有机空穴传输材料如式I或式II所示，其中，各分子式中，R1分别独立地选自羧酸基或磷酸基中的一种；R2分别独立地选自取代或未取代苯基、取代或未取代的芴基、取代或未取代的咔唑基、取代或未取代的噻吩基、取代或未取代的苯并噻吩基、取代或取代的苯并噻二唑基中的一种；R3分别独立地选自吸电子基取代的乙烯基、吸电子基取代的芳香基、吸电子取代的噻吩基、取代或未取代的酰亚胺基，所述吸电子基取代包括吸电子基单取代或吸电子基多取代。2.根据权利要求1所述的有机空穴传输材料，其特征在于，所述吸电子基选自腈基、取代或未取代的酰亚胺基、取代或未取代的亚胺基。3.根据权利要求1所述的有机空穴传输材料，其特征在于，所述有机空穴传输材料选自以下结构中的一种：
4.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括：透明导电氧化物衬底、无机p型半导体空穴传输层、钙钛矿活性层以及设置于所述无机p型半导体空穴传输层和钙钛矿活性层之间的有机空穴传输层，所述有机空穴传输层包含如权利要求1
‑
3任一项所述的有机空穴传输材料；或者，包括透明导电氧化物衬底、钙钛矿活性层以及设置于所述透明导电氧化物衬底和钙钛矿活性层之间的有机空穴传输层，所述有机空穴传输层包含如权利要求1
‑
3任一项所述的有机空穴传输材料。5.根据权利要求4所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，钙钛矿太阳能电池包括依次设置的透明导电氧化物衬底、无机p型半导体空穴传输层、所述有机空穴传输层、钙钛矿活性层、电子传输层、空穴阻挡层和电极层；
或者，包括依次设置的透明导电氧化物衬底、所述有机空穴传输层、钙钛矿活性层、电子传输层、空穴阻挡层和电极层。6.根据权利要求4所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述p型半导体空穴传输层材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宗豪，陈炜，刘三万，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：