一种空穴传输层的修饰方法及其在碳基钙钛矿太阳能电池中的应用技术

本发明专利技术属于太阳能电池技术领域，公开了一种空穴传输层的修饰方法及其在碳基钙钛矿太阳能电池中的应用。作为钙钛矿太阳能电池中最常用的空穴传输材料Spiro

【技术实现步骤摘要】
一种空穴传输层的修饰方法及其在碳基钙钛矿太阳能电池中的应用


[0001]本专利技术属于太阳能电池
，特别涉及一种空穴传输层的修饰方法及碳基钙钛矿太阳能电池。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池经过短短十余年的发展其光电转换效率从3.8％提升至25.7％，表现出极大的应用潜力。然而钙钛矿及其器件的不稳定性严重阻碍了其商业化进程，其中不稳定因素主要有水汽、氧气和金属腐蚀。因此，具有优异化学稳定性、良好电学性能和低廉成本的碳材料可以在解决金属电极带来的不稳定性问题的同时降低成本。尽管碳电极改善了器件稳定性，但是由于碳电极与空穴传输层界面间存在能级失配以及接触不良的问题，导致器件具有较大的电荷传输动力学能量损失，碳电极器件与金属电极器件在效率上仍存在一定差异。目前，钙钛矿太阳能电池中最常用的空穴传输材料为有机小分子Spiro
‑
OMeTAD，在使用时需要较长时间的氧化来获得良好的电荷传输能力。传统的氧化方法需要氧气和紫外光照的参与、掺杂剂(如双三氟甲烷磺酰亚胺锂)具有吸湿性、氧化程度难以调控且耗时较长、无法改善碳电极与空穴传输层的界面，这些共同影响了碳基钙钛矿太阳能电池的性能，严重制约了钙钛矿太阳能电池的商业化进程。因此，开发一种无氧条件下快速氧化Spiro
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OMeTAD的策略对提高碳基钙钛矿太阳能电池的性能和钙钛矿太阳能电池的产业化进程十分必要。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是实现在无氧条件下快速氧化Spiro
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OMeTAD的同时，改善碳基钙钛矿太阳能电池界面匹配性问题。氧化后的Spiro
‑
OMeTAD具有合适的能级、良好的电荷传输性能以及优异的器件稳定性。
[0004]本专利技术的技术方案：
[0005]一种空穴传输层的修饰方法，具体适用于碳基钙钛矿太阳能电池的Spiro
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OMeTAD的修饰方法，包括对空穴传输材料Spiro
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OMeTAD的氧化以及对石墨烯碳电极和空穴传输层的界面接触的改善；
[0006]通过在空穴传输层的前驱体溶液中加入氧化石墨烯(GO)，搅拌均匀，使GO与Spiro
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OMeTAD混合充分，无需额外引入氧气，在前驱体溶液时就可以利用分子间电荷转移实现无氧条件下对Spiro
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OMeTAD的氧化；并且通过调节前驱体溶液中GO的浓度，可以实现对空穴传输层的能级和电荷传输性能调控。由于GO的修饰，制备的空穴传输层粗糙度增加，与石墨烯碳电极可以形成紧密接触，从而改善碳电极与空穴传输层的接触问题。
[0007]优选技术方案为：所述空穴传输材料Spiro
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OMeTAD采用所述方法修饰并应用于碳基钙钛矿太阳能电池时，在配制前驱体溶液时加入GO，添加量为2mg/ml。
[0008]上述修饰后的空穴传输层在碳基钙钛矿太阳能电池中的应用。
[0009]本专利技术的有益效果：本专利技术通过在前驱体溶液中加入GO，利用GO的含氧官能团与Spiro
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OMeTAD形成分子间相互作用，促进分子间电荷转移实现对Spiro
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OMeTAD的p型掺杂，同时得到电子的GO
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吸附溶液中的锂离子形成稳定的Li
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GO化合物，从而得到稳定的Spiro
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OMeTAD
+
·
自由基，实现了对Spiro
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OMeTAD的稳定氧化。此外，由于GO修饰的Spiro
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OMeTAD与石墨烯碳电极之间纳米尺度的界面耦合，碳电极与空穴传输层的界面匹配性问题也得到改善。
附图说明
[0010]图1是实施例碳基钙钛矿太阳能电池截面SEM图；
[0011]图2是对比例1碳基钙钛矿太阳能电池截面SEM图；
[0012]图3是对比例2碳基钙钛矿太阳能电池截面SEM图；
[0013]图4是实施例、对比例1和对比例2碳基钙钛矿太阳能电池电流密度与电压特性曲线；
[0014]图5是实施例、对比例1和对比例2碳基钙钛矿太阳能电池长期稳定性统计结果。
具体实施方式
[0015]以下结合附图和技术方案，进一步说明本专利技术的具体实施方式。
[0016]本专利技术实施例中使用的Spiro
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OMeTAD和氧化石墨烯可用于小面积和产业化大面积钙钛矿太阳能电池，适用于刚性电池或柔性电池。
[0017]钙钛矿薄膜组分是有机
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无机铅卤钙钛矿，该钙钛矿薄膜可通过溶液法(旋涂法、狭缝涂布法、刮涂法)制备，溶液的组分包括有机组分和无机组分。有机组分包含甲脒、甲胺，以及它们的阳离子等；无机组分包括但不限于铅，卤素(氯、溴、碘)以及铯离子等。
[0018]空穴传输层可通过溶液旋涂法或刮涂法制备在钙钛矿薄膜上；氧化石墨烯通过强酸氧化处理石墨烯来获得。
[0019]在实施例中，将氧化石墨烯加入空穴传输层前驱体溶液中，搅拌均匀，使氧化石墨烯和Spiro
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OMeTAD充分混合，然后通过溶液旋涂方法制备于钙钛矿膜上获得修饰后的空穴传输层。
[0020]为了验证这种无氧条件氧化及纳米耦合修饰策略对碳基钙钛矿太阳能电池性能的改善，我们制备了碳基钙钛矿太阳能电池，并通过对电池性能、碳电极与空穴传输层的界面接触及长期运行稳定性测试来判断性能提升效果。
[0021]实施例1、氧化石墨烯修饰的Spiro
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OMeTAD作空穴传输层的碳基钙钛矿太阳能电池
[0022](1)设置电子传输层
[0023]在空气环境中：
[0024]a、准备太阳能电池基板：将透明导电玻璃基底(FTO/glass)用激光刻蚀图案，刻蚀完成后依次运用洗涤液，去离子水，乙醇，异丙醇清洗，烘干后待用。
[0025]b、将浓度为0.1M的氧化锡凝胶水溶液，震荡2min以获得混合充分的分散液，过滤稀释后的分散液，通过刮涂或旋涂的方法制备在FTO基底上，300℃退火30min。
[0026](2)设置钙钛矿吸光层
[0027]在氮气环境中：
[0028]将PbI2,CH(NH2)2I,PbBr2,NH3CH3Br按照摩尔比1.1:1:0.22:0.2溶于DMF:NMP＝7:1(体积比)的溶剂中，得到钙钛矿层前驱体液。运用狭缝涂布的方法，以40μl的预注液量将钙钛矿溶液涂覆于制备好的电子传输层基底之上，150℃退火10min，得到钙钛矿薄膜。
[0029](3)设置修饰空穴传输层薄膜
[0030]在氮气环境中：
[0031]a、在1ml氯苯中加入72.3mg的Spiro
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OMeTAD、28μl的双三氟甲烷磺酰亚胺锂的乙腈溶液(400mg/ml)、17μl的TBP，搅拌过夜，得到空穴传输层前驱体溶液。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空穴传输层的修饰方法，其特征在于，适用于碳基钙钛矿太阳能电池的Spiro
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OMeTAD的修饰方法，包括对空穴传输材料Spiro
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OMeTAD的氧化以及对石墨烯碳电极和空穴传输层的界面接触的改善；通过入在空穴传输层的前驱体...

【专利技术属性】
技术研发人员：史彦涛，李文瑞，王宇迪，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：