一种用于钙钛矿光伏规模化量产的电子传输层墨水制造技术

本发明专利技术公开了一种用于钙钛矿光伏规模化量产的电子传输层墨水，属于钙钛矿太阳能电池技术领域。本发明专利技术的电子传输层墨水包括电子传输材料和溶剂；电子传输材料选自富勒烯C

【技术实现步骤摘要】
一种用于钙钛矿光伏规模化量产的电子传输层墨水


[0001]本专利技术属于钙钛矿太阳能电池
，具体涉及一种用于钙钛矿光伏规模化量产的电子传输层墨水。

技术介绍

[0002]有机
‑
无机杂化钙钛矿太阳能电池因具有高光电转换效率、易于制备、成本较低等优异的性能，已经受到学术界和光伏产业界的广泛关注。以杂化钙钛矿作为吸光层的钙钛矿太阳能电池在过去的十几年里发展迅速，其单结电池光电转换效率已从3.8％提升到25.7％，基于钙钛矿的叠层电池其光电转换效率已经达到28～30％，远超目前的商业硅太阳能电池。因此钙钛矿材料被认为是最具有发展前景的下一代高效且低成本的光伏材料。
[0003]钙钛矿太阳能电池的器件结构分为反式结构和正式结构。反式结构的器件从受光面的透明导电玻璃起依次为空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、背电极；将电子传输层和空穴传输层互换则形成正式结构的器件。对于正式结构的钙钛矿太阳能电池，每一层的材料均可以通过采用低成本的溶液法制备(喷雾、涂布、打印等方式)进行大规模量产。而在反式结构的钙钛矿太阳能电池中，空穴传输层材料如聚[双(4
‑
苯基)(2,4,6
‑
三甲基苯基)胺](PTAA)、氧化镍(NiO
x
)、聚3，4
‑
乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)等虽然也可以通过溶液法进行大规模量产化制备获得较高效率的电池器件，但高质量的电子传输层的规模化制备均采用真空物理气相沉积法。即使使用溶液法制备的电子传输层，其器件性能也普遍低于真空沉积方法。但真空沉积有其固有的缺陷，如设备相对昂贵、制备速度缓慢、原料浪费率高等，显著增加了产业化生产过程中的成本，限制了生产速度。
[0004]因此，开发一种可以适用于规模化量产制备的高性能电子传输层墨水，对于提升钙钛矿组件效率、降低生产成本、增加产量以及实现快速制备卷对卷柔性组件是十分必要的。

技术实现思路

[0005]为了解决真空沉积制备电子传输层生产设备昂贵、制备速度缓慢、技术参数复杂难以调控等技术问题，本专利技术提供了一种应用于钙钛矿光伏规模化量产的电子传输层墨水，实现了溶液法制备致密、均匀、导电性良好、与各种不同粗糙度钙钛矿薄膜有良好接触的反式钙钛矿太阳能电池电子传输层。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种电子传输层墨水，包括电子传输材料和溶剂；
[0008]所述电子传输材料选自富勒烯C
60
、富勒烯C
70
、单加成富勒烯衍生物(如PC
61
BM、PC
71
BM)、双加成富勒烯衍生物(如bis
‑
PC
61
BM、bis
‑
PC
71
BM、bis
‑
ThC
61
BM、bis
‑
ThC
71
BM、IC
60
BA、NC
60
BA、NC
70
BA)、多加成富勒烯衍生物(如tris
‑
PC
61
BM、IC
60
TA)、石墨烯、碳纳米管或非富勒烯受体(如Y1、Y6、ITIC、N3、IDIC)中的两种或两种以上；
[0009]所述溶剂为非钙钛矿溶解性溶剂，可选自甲苯、氯苯、邻二氯苯、二苯硫醚或异丙
醇中的一种或多种混合。
[0010]本专利技术中，为了满足电子传输层达到一定厚度，电子传输材料的浓度一般为1
‑
100mg/mL，浓度过低会使得制备的电子传输层太薄而导致器件性能异常，浓度过高则会导致分散性变差。在本专利技术的实施例中优选为5
‑
30mg/mL。
[0011]上述电子传输层墨水在制备反式结构钙钛矿太阳能电池电子传输层中的应用。
[0012]进一步地，所述电子传输层的制备过程为：将所述电子传输层墨水以湿法涂布的方法涂布在钙钛矿薄膜表面，经过热处理去除溶剂后得到。
[0013]更进一步地，所述湿法涂布为喷涂、打印、刮涂或狭缝涂布。
[0014]更进一步地，所述的反式结构钙钛矿太阳能电池的衬底为刚性衬底或柔性衬底。
[0015]一种钙钛矿太阳能电池，包括电子传输层，所述电子传输层由上述电子传输层墨水制得。
[0016]一种钙钛矿
‑
钙钛矿叠层太阳能电池，包括电子传输层，所述电子传输层由上述电子传输层墨水制得。
[0017]一种钙钛矿
‑
钙钛矿双结叠层电池组件，包括电子传输层，所述电子传输层由上述电子传输层墨水制得。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的电子传输层墨水具有以下有益效果：
[0019]1、本专利技术避免了使用真空法沉积钙钛矿太阳能电池电子传输层，降低了设备和时间成本，提升材料利用率，促进了产业化。
[0020]2、本专利技术的电子传输层墨水适用于各种湿法大规模制备均匀致密、覆盖率高、界面结合好的反式钙钛矿太阳能电池的电子传输层，如刮涂、狭缝涂布、喷涂等方法，同时能够适用于各种粗糙度钙钛矿表面。
[0021]3、本专利技术的电子传输层墨水适用于基于柔性衬底的卷对卷生产工艺，弥补了当前真空沉积在产业化制备时的不便，简化了工艺流程，缩短了生产周期。
附图说明
[0022]图1为实施例中反式结构钙钛矿太阳能电池和钙钛矿
‑
钙钛矿叠层太阳能电池组件的器件结构示意图，其中左图为反式结构钙钛矿太阳能电池器件结构，右图为钙钛矿
‑
钙钛矿叠层太阳能电池组件器件结构。
[0023]图2为实施例1
‑
3中使用墨水印刷方法制备电子传输层与传统真空沉积制备电子传输层电池器件性能的电流
‑
电压曲线。
[0024]图3为实施例1
‑
3中使用单一电子传输层材料制备电子传输层与混合电子传输层材料制备电子传输层电池器件性能的电流
‑
电压曲线。
[0025]图4为实施例6中使用墨水印刷方法制备电子传输层制备的面积为20.25cm2钙钛矿
‑
钙钛矿叠层电池组件实物图。
[0026]图5为实施例6中使用墨水印刷方法制备电子传输层制备的面积为20.25cm2钙钛矿
‑
钙钛矿叠层电池组件横截面SEM图。
具体实施方式
[0027]针对目前真空法沉积钙钛矿太阳能电池电子传输层成本高、产量低等缺点，本发
明设计开发一种适用于可扩展方法制备的低成本电子传输层墨水，实现了溶液法制备致密、均匀、导电性良好、与各种不同粗糙度钙钛矿薄膜有良好接触的反式钙钛矿太阳能电池电子传输层。
[0028]本专利技术中，所述电子传输层墨水包括电子传输材料和溶剂。其中，电子传输材料包括富勒烯C
60...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电子传输层墨水，其特征在于：包括电子传输材料和溶剂；所述电子传输材料选自富勒烯C
60
、富勒烯C
70
、单加成富勒烯衍生物、双加成富勒烯衍生物、多加成富勒烯衍生物、石墨烯、碳纳米管或非富勒烯受体中的两种或两种以上；所述溶剂为非钙钛矿溶解性溶剂。2.根据权利要求1所述的电子传输层墨水，其特征在于：所述非钙钛矿溶解性溶剂为甲苯、氯苯、邻二氯苯、二苯硫醚或异丙醇中的一种或多种的混合物。3.根据权利要求1所述的电子传输层墨水，其特征在于：电子传输材料的浓度为1
‑
100 mg/mL。4.权利要求1至3中任一项所述的电子传输层墨水在制备反式结构钙钛矿太阳能电池电子传输层中的应用。5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：所述反式结构钙钛矿太阳能电池电子...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭海仁，孙鸿飞，肖科，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：