具有光活性层钝化作用的空穴传输层溶液及其制备与应用制造技术

本发明专利技术涉及一种具有光活性层钝化作用的空穴传输层溶液及其制备方法与应用，制备方法包括：将掺杂剂与空穴传输层基液混合，即得到高性能且具有光活性层钝化作用的空穴传输层溶液。与现有技术相比，本发明专利技术可在无氧环境下实现空穴传输层的p型掺杂。更重要的是，掺杂过程产生的反应产物可作为钝化剂，从空穴传输层自发进入到钙钛矿层，钝化钙钛矿体缺陷及上下界面缺陷。此方法进一步提高钙钛矿太阳电池的光电转换效率，并提高了器件的稳定性和可重复性。性。

【技术实现步骤摘要】
具有光活性层钝化作用的空穴传输层溶液及其制备与应用


[0001]本专利技术属于太阳电池
，涉及一种具有光活性层钝化作用的空穴传输层溶液及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]太阳电池是通过光化学反应或者光生伏特效应将光能直接转换成电能的装置，又称为光伏电池或太阳电池。由于光电性能的飞速提升，原材料选择范围广泛，钙钛矿太阳电池(Perovskite solar cells)引起了极大的关注。钙钛矿太阳电池由透明导电衬底、空穴传输层、钙钛矿活性层、电子传输层、背电极以及各界面修饰层组成。此外，钙钛矿太阳电池结构主要有正式介孔结构、正式平面结构和反式平面结构。正式介孔结构为：透明导电衬底/介孔电子传输层/钙钛矿活性层/空穴传输层/背电极；正式平面结构与正式介孔结构相似，只是将介孔电子传输层换成平面电子传输层；反式平面结构与正式平面结构的差异在于电子、空穴传输层的相对位置。经过十年的研究，基于正式结构的钙钛矿太阳电池的认证效率已达到25.7％(孔径面积约0.1cm2)。
[0003]然而，随着钙钛矿太阳电池孔径面积的增大，钙钛矿太阳电池的效率呈现显著降低，严重阻碍其产业化进程。为了解决这一问题，过去的工作主要集中在改善功能层均匀性上，例如，通过改进刮刀法、狭缝涂布、喷墨印刷法以及开发新型大面积薄膜制备方法如软膜法等，在大面积上制造高质量的钙钛矿活性层；通过修饰电荷传输层以提高其电导率，从而可以通过增加厚度以改善电荷传输层均匀性。相比之下，大面积钙钛矿活性层钝化技术研究较少，充满了挑战：i)钙钛矿属于有机无机杂化的离子晶体，难以借鉴硅太阳电池中常用的方法，如等离子增强化学气相沉积法等；ii)实验室内常用的溶液旋涂法很难在大面积上形成均匀的钝化层；iii)狭缝涂布等规模化设备的精度难以满足纳米级钝化层的制备；iv)增加钝化层厚度以提高均匀性的方式会阻碍器件的电荷传输。
[0004]此外，要实现商业化，钙钛矿太阳电池必须具备长期运行稳定性。然而，目前高效钙钛矿太阳电池的因空穴传输层的掺杂剂所带来的不稳定问题尚未得到很好的解决。目前的高效钙钛矿太阳电池几乎全部使用spiro
‑
OMeTAD或PTAA作为空穴传输层。这两种材料均要在有氧环境下，掺杂吸湿性的双三氟甲磺酰亚胺锂(Li
‑
TFSI)，才能实现p型掺杂以提高电导率。这种依赖外部环境的氧化方式加速了空穴传输层中Li
‑
TFSI的聚集，并通过吸水引发钙钛矿层的降解。近期，有报道表明，Li
‑
TFSI中的锂离子会进入钙钛矿层并促进其分解，从而显著降低器件的稳定性与重现性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是提供一种具有光活性层钝化作用的空穴传输层溶液及其制备方法与应用，用于实现基于稳定掺杂和均匀钝化的大面积、稳定、高效钙钛矿太阳电池。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]一种具有光活性层钝化作用的空穴传输层溶液制备方法，包括：
[0008]将掺杂剂溶液与空穴传输层基液混合，即得到具有光活性层钝化作用的空穴传输层溶液；
[0009]所述的空穴传输层基液包括浓度为10
‑
72.3mg/ml的空穴传输层材料，以及浓度为2
‑
32.8μL/ml的4
‑
叔丁基吡啶。
[0010]进一步地，掺杂剂相对于空穴传输层材料的质量百分含量为1
‑
20wt％。
[0011]进一步地，所述的掺杂剂包括1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑啉双(三氟甲基磺酰基)亚胺(EIm
‑
TFSI)、1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)酰亚胺、1
‑
烯丙基
‑3‑
甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、1,2
‑
二甲基
‑3‑
丙基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺、1
‑
己基
‑3‑
甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰)亚胺、1
‑
丁基
‑3‑
甲基吡啶双(三氟甲磺酰)亚胺、二乙基甲基
‑
(2
‑
甲氧乙基)铵基双(三氟甲磺酰基)酰亚胺、1
‑
丁基
‑
2,3
‑
二甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰)亚胺、1
‑
丙基
‑3‑
甲基咪唑鎓双(三氟甲磺酰基)亚胺中的一种或多种；
[0012]所述的空穴传输层材料包括CuSCN、CuI、CuS、CuGaO2、MoS2、钼氧化物、酞菁铜、铜镍复合氧化物、镍氧化物、WO3、矾氧化物、3
‑
己基噻吩的聚合物、聚咔唑
‑
噻吩
‑
苯并噻二唑
‑
噻吩、2,2',7,7'
‑
四[N,N
‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基]‑
9,9'
‑
螺二芴(spiro
‑
OMeTAD)、聚[双(4
‑
苯基)(2,4,6
‑
三甲基苯基)胺](PTAA)中的一种或多种。
[0013]进一步地，所述的掺杂剂溶液的溶剂为乙腈。
[0014]进一步地，所述的空穴传输层基液的溶剂为氯苯或甲苯。
[0015]进一步地，所述的掺杂剂溶液与空穴传输层基液的混合过程包括：搅拌充分。
[0016]一种具有光活性层钝化作用的空穴传输层溶液，采用如上所述的方法制备而成。
[0017]一种具有光活性层钝化作用的空穴传输层溶液的应用，包括将所述的空穴传输层溶液用于制备钙钛矿太阳电池的空穴传输层。
[0018]进一步地，所述的空穴传输层的制备方法包括：采用旋涂法、刮刀法、狭缝涂布、喷墨印刷法或软覆盖沉积法，将空穴传输层溶液涂布于钙钛矿活性层上，制备得到。
[0019]进一步地，所述的钙钛矿太阳电池包括依次堆叠的透明导电基底、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层及背电极；
[0020]所述的电子传输层包括TiO2、SnO2、ZnO、SrTiO3、BaSnO3中的一种或多种；
[0021]所述的背电极包括金、银、铜、碳、氟掺杂的氧化锡、锡掺杂的氧化铟中的一种或多种。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下特点：
[0023]1)本专利技术提供了一种钙钛矿太阳电池光活性层大面积钝化技术，包括：通过在空穴传输层中添加掺杂剂对其进行p型掺杂，由掺杂过程产生的反应产物作为钝化剂；并在钙钛矿太阳电池制备过程中，使钝化剂从空穴传输层自发进入到钙钛矿层，钝化钙钛矿体缺陷及上下界面缺陷。此外，相较于亲水性的Li
‑
TFSI，本专利技术可在无氧环境中实现对空穴传输层的p型掺杂。因此，本专利技术能够进一步提高钙本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有光活性层钝化作用的空穴传输层溶液制备方法，其特征在于，该方法包括：将掺杂剂溶液与空穴传输层基液混合，即得到具有光活性层钝化作用的空穴传输层溶液；所述的空穴传输层基液包括浓度为10
‑
72.3mg/ml的空穴传输层材料，以及浓度为2
‑
32.8μL/ml的4
‑
叔丁基吡啶。2.根据权利要求1所述的一种具有光活性层钝化作用的空穴传输层溶液制备方法，其特征在于，掺杂剂相对于空穴传输层材料的质量百分含量为1
‑
20wt％。3.根据权利要求2所述的一种具有光活性层钝化作用的空穴传输层溶液制备方法，其特征在于，所述的掺杂剂包括1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑啉双(三氟甲基磺酰基)亚胺、1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)酰亚胺、1
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烯丙基
‑3‑
甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、1,2
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二甲基
‑3‑
丙基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺、1
‑
己基
‑3‑
甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰)亚胺、1
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丁基
‑3‑
甲基吡啶双(三氟甲磺酰)亚胺、二乙基甲基
‑
(2
‑
甲氧乙基)铵基双(三氟甲磺酰基)酰亚胺、1
‑
丁基
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2,3
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二甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰)亚胺、1
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丙基
‑3‑
甲基咪唑鎓双(三氟甲磺酰基)亚胺中的一种或多种；所述的空穴传输层材料包括CuSCN、CuI、CuS、CuGaO2、MoS2、钼氧化物、酞菁铜、铜镍复合氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：王言博，苏弘桢，林雪松，韩礼元，
申请(专利权)人：上海钙蓝时代光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：