一种交联钝化型富勒烯涂层、钙钛矿电池及其制备方法技术

本发明专利技术属于钙钛矿太阳能电池技术领域，具体涉及一种交联钝化型富勒烯涂层、钙钛矿光伏器件及其制备方法。本发明专利技术提供的交联固化型富勒烯涂层，能够与钙钛矿吸光层之间发生交联，形成独特的交联结构，使其在钙钛矿吸光层表面形成极其牢固的刚性界面涂层，该涂层既可以大幅提升钙钛矿吸光层的钝化效果，大幅增加长期钝化可靠性，又能提高富勒烯分子的有序规整排布，在钙钛矿/富勒烯界面形成高速电子传输通道；另外，交联网格结构的富勒烯涂层具有超强的疏水性，在钙钛矿薄膜表面形成保护外壳，使钙钛矿薄膜免受环境侵蚀涂层，不仅可以大幅提升钙钛矿光伏电池的性能，还能提高器件长期稳定性。定性。定性。

【技术实现步骤摘要】
一种交联钝化型富勒烯涂层、钙钛矿电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于钙钛矿太阳能电池
，具体涉及一种交联钝化型富勒烯涂层、钙钛矿电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池从2009年诞生以来，效率提升非常迅速，显示了下一代商业化的新型太阳能电池的巨大潜力。但是，钙钛矿太阳能电池自诞生以来，稳定性的问题一直受到质疑。钙钛矿太阳能电池的不稳定主要来自两个方面，首先钙钛矿太阳能电池中采用的钙钛矿吸光材料本身不稳定，钙钛矿吸光材料为ABX3型的一种有机无机杂化材料，其中A位为甲脒、甲胺、铷、铯等离子，B位为Pb离子或Sn离子，而X位为I、Br、Cl等卤素离子。A位的有机阳离子在高温高湿下，会受水氧影响容易分解，造成材料的衰减。钙钛矿太阳能电池另一个不稳定的原因来自于器件中功能层的不稳定，目前钙钛矿太阳能电池多采用有机电子传输层或空穴传输层，稳定性较差、生产成本较高，难以实现大规模商业化生产，且具有明显的迟滞效应。
[0003]例如，在传统的反式结构钙钛矿电池中，有机电子传输材料的应用最为广泛。不可否认的是，有机电子传输材料合成成本高、化学稳定性差等固有缺点严重影响钙钛矿电池的使用寿命。相较于有机传输材料，采用无机金属氧化物n型半导体材料作为无机电子传输层或空穴传输层具有更为优异的界面稳定性，但目前采用后者制备的钙钛矿太阳能电池性能远低于前者。
[0004]显然地，引入常规的富勒烯及其衍生物材料可以有效地改善钙钛矿与无机传输材料之间的界面电荷传输和能带匹配，避免界面电荷过度积累的同时也能大大抑制界面电荷复合，进而改善电池性能和消除迟滞现象。但是，富勒烯材料只能改善界面电荷传输，但无法对钙钛矿薄膜产生任何的缺陷钝化效果。众所周知，钙钛矿薄膜的表面缺陷钝化工程是兼具提升钙钛矿光伏器件效率和稳定性的制胜法宝。因此，采用缺陷钝化层/富勒烯修饰层的双层界面复合结构有望能够大幅提升基于无机电子传输材料的反式钙钛矿电池性能。另外，绝大多数的缺陷钝化材料在钙钛矿器件长期老化过程中很容易出现钝化位点“脱靶”的现象，这也导致钝化效果大大减弱，进而会严重影响器件的长期运行稳定性。综上所述，仅仅采用缺陷钝化层和富勒烯修饰层的简单物理堆叠是难以同时大幅提升钙钛矿光伏器件的效率和长期稳定性的，这种双层复合结构不仅增加了工艺难度和复杂性，而且增加了器件制作成本。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的上述缺陷，从而提供一种交联钝化型富勒烯涂层、钙钛矿电池及其制备方法。
[0006]为此，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]本专利技术提供一种交联钝化型富勒烯涂层，其组成具有如下所示结构：
[0008]或者，
[0009][0010]其中，代表富勒烯；
[0011]R＝链状烷基或链状烯基；
[0012]R
’
＝链状烷基、链状烯基或链状炔基；
[0013]R”＝氢，含氧元素、氮元素或硫元素的官能团。
[0014]可选的，n＝1
‑
10000。
[0015]可选的，所述链状烷基的碳原子数为1
‑
50；
[0016]和/或，所述链状烯基的碳原子数为2
‑
50；
[0017]和/或，所述链状炔基的碳原子数为2
‑
50；
[0018]和/或，所述含氧元素的官能团为醚基、酮基、羧基或酯基中的至少一种；
[0019]和/或，所述含氮元素的官能团为氨基、脒基或酰胺基中的至少一种；
[0020]和/或，所述含硫元素的官能团为巯基、硫代酮基、硫代羧基或硫代酯基中的至少一种。
[0021]可选的，本专利技术还提供一种钙钛矿电池，在钙钛矿吸光层和电子传输层之间设置上述的交联钝化型富勒烯涂层。
[0022]可选的，所述钙钛矿吸光层材料的化学结构式为AMX3其中，A＝Cs
+
、Rb
+
、K
+
、甲胺阳离子或甲脒阳离子，M＝Pb
2+
或Sn
2+
，X＝F
‑
、Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
、BF4‑
或PF6‑
。
[0023]可选的，所述钙钛矿电池包括依次设置的透明导电玻璃层，空穴传输层，钙钛矿吸光层，交联钝化型富勒烯涂层，电子传输层和背电极。
[0024]可选的，所述透明导电玻璃层为FTO玻璃，ITO玻璃中的至少一种；
[0025]和/或，所述空穴传输层为氧化镍、硫氰酸亚铜(CuSCN)、碘化亚铜(CuI)、氧化亚铜
(Cu2O)、五氧化二钒(V2O5)、三氧化钼(MoO3)中的至少一种；
[0026]和/或，所述电子传输层为二氧化钛(TiO2)、二氧化锡(SnO2)、氧化铌(Nb2O5)、氧化锌(ZnO)中的至少一种；
[0027]和/或，所述背电极为铝掺杂氧化锌(AZO)、锡掺杂氧化铟(ITO)、锌掺杂氧化铟(IZO)、铜电极(Cu)、镍电极(Ni)、钼电极(Mo)、铬电极(Cr)中的至少一种。
[0028]本专利技术还提供一种上述的钙钛矿电池的制备方法，包括以下步骤：
[0029]对富勒烯材料进行化学改性，得到具有可交联基团和钝化基团的改性富勒烯材料；其中，所述可交联基团中含有C＝C双键或C≡C三键，所述钝化基团中含有N、S或O元素；
[0030]将改性富勒烯材料分散于溶剂中，得到改性富勒烯墨水，涂布在钙钛矿吸光层表面，加热退火，得到交联钝化型富勒烯涂层。
[0031]典型非限定性的，所述可交联基团中的C≡C三键来自碘丙炔，碘丁炔，碘乙炔等中的至少一种；所述可交联基团中的C＝C双键来自碘乙烯，碘丁烯等中的至少一种；所述钝化基团中的N元素来自肌氨酸，N
‑
乙基肌氨酸，N
‑
丙基肌氨酸等中的至少一种；所述钝化基团中的S元素来自3
‑
噻吩甲醛，2
‑
噻吩甲醛等中的至少一种；所述钝化基团中的O元素来自3
‑
呋喃甲醛，2
‑
呋喃甲醛等中的至少一种。
[0032]可选的，所述加热退火温度为100
‑
130℃，加热退火时间5
‑
20min。
[0033]可选的，所述溶剂为醇类溶剂，酯类溶剂，卤代烃类溶剂或芳香烃类溶剂中的至少一种；
[0034]典型非限定性的，所述溶剂包括但不限于醇类溶剂(如异丙醇、异丁醇、仲丁醇或叔丁醇等)、酯类溶剂(如乙酸乙酯、乙酸甲酯、丙酸乙酯或丙酸甲酯等)、氯代烃类溶剂(氯仿、二氯甲烷或二氯乙烷等)、芳香烃类溶剂(如苯、氯苯、甲苯或三氟甲苯)。
[0035]和/或，所述改性富勒烯墨水的浓度为0.01
‑
100mg/mL；
[0036]和/或，所述富勒烯材料为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种交联钝化型富勒烯涂层，其特征在于，其组成具有如下所示结构：或者，其中，代表富勒烯；R＝链状烷基或链状烯基；R
’
＝链状烷基、链状烯基或链状炔基；R”＝氢，含氧元素、氮元素或硫元素的官能团。2.根据权利要求1所述的交联钝化型富勒烯涂层，其特征在于，所述n＝1
‑
10000；和/或，所述链状烷基的碳原子数为1
‑
50；和/或，所述链状烯基的碳原子数为2
‑
50；和/或，所述链状炔基的碳原子数为2
‑
50；和/或，所述含氧元素的官能团为醚基、酮基、羧基或酯基中的至少一种；和/或，所述含氮元素的官能团为氨基、脒基或酰胺基中的至少一种；和/或，所述含硫元素的官能团为巯基、硫代酮基、硫代羧基或硫代酯基中的至少一种。3.一种钙钛矿电池，其特征在于，在钙钛矿吸光层和电子传输层之间设置权利要求1或2所述的交联钝化型富勒烯涂层。4.根据权利要求3所述的钙钛矿电池，其特征在于，所述钙钛矿吸光层材料的化学结构式为AMX3其中，A＝Cs
+
、Rb
+
、K
+
、甲胺阳离子或甲脒阳离子，M＝Pb
2+
或Sn
2+
，X＝F
‑
、Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
、BF4‑
或PF6‑
。5.根据权利要求3或4所述的钙钛矿电池，其特征在于，所述钙钛矿电池包括依次设置的透明导电玻璃层，空穴传输层，钙钛矿吸光层，交联钝化型富勒烯涂层，电子传输层和背电极。
6.根据权利要求5所述的钙钛矿电池，其特征在于，所述透明导电玻璃层为FTO玻璃，ITO玻璃中的至少一种；和/...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐敬超，王良乐，邵君，
申请(专利权)人：无锡极电光能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：