钙钛矿电池组件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了钙钛矿电池组件及其制备方法。该组件包括依次分布的：衬底层、底电极层、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层和顶电极层，其中，空穴传输层中包括改性苝酰亚胺聚合物，改性苝酰亚胺聚合物中包括聚乙二醇基团、巯基和氟原子。该钙钛矿电池组件不仅制备工艺简单，有利于实现工业化生产，而且具有较高的光电转化效率和较好的长期稳定性。高的光电转化效率和较好的长期稳定性。高的光电转化效率和较好的长期稳定性。

【技术实现步骤摘要】
钙钛矿电池组件及其制备方法


[0001]本专利技术属于电池领域，具体而言，涉及钙钛矿电池组件及其制备方法。

技术介绍

[0002]钙钛矿在过去十年中作为一种新型的高效太阳能电池材料脱颖而出，其不仅功率转换效率较高、载流子扩散长度较长、载流子迁移率较高、激子结合能较低、吸收系数较高、带隙可调，而且可通过低温溶液法沉积薄膜，通过卷对卷工艺在柔性基材上进行经济高效的商业化生产，因此钙钛矿太阳能电池被认为是最具应用潜力的第三代光伏器件。

技术实现思路

[0003]本专利技术主要是基于以下问题和发现提出的：
[0004]当前制备钙钛矿电池广泛采用湿法成膜技术，通过该工艺方法得到的钙钛矿薄膜结晶尺寸较小、缺陷态密度较高，容易引起钙钛矿晶粒内部载流子复合和离子迁移，同时也可能导致界面处非辐射复合升高，直接影响到电池组件的光电转换效率和性能稳定性；另外，钙钛矿薄膜的埋底界面承受连续的溶剂和高温侵蚀，比钙钛矿薄膜的体相和上表面更容易发生劣化并容易形成缺陷，因此降低钙钛矿光活性层的缺陷密度，抑制钙钛矿薄膜与埋底界面处的非辐射复合，改善埋底层与钙钛矿吸光层的界面接触，对提高电池器件的转化效率和长期稳定性至关重要。
[0005]为了解决上述问题，人们尝试添加不同类型的添加剂或采用界面修饰技术来优化钙钛矿薄膜的结晶质量，但是却难以同时从钙钛矿薄膜的晶粒长大、缺陷钝化、界面接触力和柔韧性等多层面进行协同优化。例如，有提出基于聚苯乙烯界面层提高光伏性能的钙钛矿电池，该电池包括衬底材料、透明电极、电子传输层、钙钛矿吸光层、聚苯乙烯界面层、空穴传输层和对电极，其中聚苯乙烯界面层可钝化钙钛矿吸光层和空穴传输层的界面缺陷，提高器件的光电转化效率和长效稳定性，但该聚苯乙烯界面层只能钝化界面缺陷，不能钝化钙钛矿薄膜晶界间的深缺陷孔洞，也无法改善界面接触力和提升器件柔韧性，同时该方法通过在钙钛矿吸光层上表面引入新的界面修饰层，结构工艺较为复杂。再例如，有提出基于界面修饰的钙钛矿太阳能电池的制备方法，该方法将均匀沉积的氧化锡铟ITO玻璃作为电池阳极，在氧化锡铟ITO上沉积一层PTAA和F4
‑
TCNQ的混合薄膜，作为空穴传输层，在空穴传输层上旋涂PMMA和F4
‑
TCNQ的混合溶液制备超薄钝化层作为界面钝化层，由此来减少钙钛矿与空穴传输层的界面缺陷、提高钙钛矿的结晶性、提升空穴传输层载流子的传输与抽取效率。但该界面钝化层同样作用效果单一，只能钝化界面缺陷，且引入新的界面修饰层，增加了加工成本和制备难度。
[0006]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出钙钛矿电池组件及其制备方法。该组件不仅制备工艺简单，有利于实现工业化生产，而且具有较好的柔韧性、较高的光电转化效率和较好的长期稳定性。
[0007]在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种钙钛矿电池组件。根据本专利技术的实施例，
该组件包括：
[0008]衬底层；
[0009]底电极层，所述底电极层设在所述衬底层的一个表面上；
[0010]空穴传输层，所述空穴传输层设在所述底电极层远离所述衬底层的表面上；
[0011]钙钛矿吸光层，所述钙钛矿吸光层设在所述空穴传输层远离所述底电极层的表面上；
[0012]电子传输层，所述电子传输层设在所述钙钛矿吸光层远离所述空穴传输层的表面上；
[0013]顶电极层，所述顶电极层设在所述电子传输层远离所述钙钛矿吸光层的表面上，
[0014]其中，所述空穴传输层中包括改性苝酰亚胺聚合物，所述改性苝酰亚胺聚合物中包括聚乙二醇基团、巯基和氟原子。
[0015]根据本专利技术上述实施例的钙钛矿电池组件，通过在空穴传输层中引入改性苝酰亚胺聚合物，利用苝酰亚胺较大的共轭结构、较好的π
‑
π堆积性能、较高的电子迁移率和适当的能级，可以有效提高钙钛矿电池组件的光电转化效率；进一步地，通过在苝酰亚胺聚合物中引入聚乙二醇基团，有利于提高空穴传输层与钙钛矿吸光层界面的接触力和界面处的柔韧性，提高钙钛矿电池组件的耐弯折性能；通过在苝酰亚胺聚合物中引入巯基，有利于解决或缓解钙钛矿吸光层在形成过程中出现的浅表面缺陷和晶界间深缺陷孔洞的问题；通过在苝酰亚胺聚合物中引入氟原子，可有效抑制阳离子空位的产生，有利于提高电池组件的长期稳定性。由此，本专利技术中通过引入上述改性苝酰亚胺聚合物，可以从钙钛矿晶粒的生长、缺陷钝化，以及空穴传输层与钙钛矿吸光层的界面接触力、柔韧性等方面对该电池组件进行协同优化，不仅可以得到晶粒尺寸较大、缺陷密度较低的高质量钙钛矿吸光层，有利于提高钙钛矿电池组件的光电转化效率和性能的长期稳定性，而且无需引入新的界面修饰层，有利于简化制备工艺，降低加工成本，实现工业化大规模生产。
[0016]另外，根据本专利技术上述实施例的钙钛矿电池组件还可以具有如下附加的技术特征：
[0017]在本专利技术的一些实施例中，所述空穴传输层还包括空穴传输材料，所述改性苝酰亚胺聚合物与所述空穴传输材料的质量比为1：(1～40)。
[0018]在本专利技术的一些实施例中，所述空穴传输材料包括NiO
x
、MoO
x
、V2O5、PEDOT：PSS、PTAA、P3HT、CuI、CuSCN、CuO/Cu2O中的至少之一。
[0019]在本专利技术的一些实施例中，所述改性苝酰亚胺聚合物包括具有式(A)所示结构的化合物：
[0020][0021]其中：R1、R2中的至少之一为巯基改性的聚乙二醇基团，R3、R4中的至少之一为含氟原子的基团。
[0022]在本专利技术的一些实施例中，所述R1、R2中的至少之一包括式I、式II、式III、式IV所
示基团中的至少之一，其中n为不大于5的正数：
[0023][0024]所述R3、R4中的至少之一包括具有式i、式ii、式iii所示基团中的至少之一，
[0025][0026]在本专利技术的一些实施例中，所述钙钛矿吸光层包括结构式为ABX3型的吸光材料，其中，A包括Rb
+
、Cs
+
、CH3NH
3+
、CH3CH2NH
3+
、CH3(CH2)2NH
3+
、CH3(CH2)3NH
3+
、HC(NH2)
2+
中的至少之一，B包括Pb
2+
、Sn
2+
、Cu
2+
，Ge
2+
中的至少之一，X包括Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
、SCN
‑
、BF4‑
、PF6‑
中的至少之一。
[0027]在本专利技术的一些实施例中，所述电子传输层包括TiO2、SnO2、ZnO、PC
61
BM、PC
71
BM、TIPD、ICBA、C
60
、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿电池组件，其特征在于，包括：衬底层；底电极层，所述底电极层设在所述衬底层的一个表面上；空穴传输层，所述空穴传输层设在所述底电极层远离所述衬底层的表面上；钙钛矿吸光层，所述钙钛矿吸光层设在所述空穴传输层远离所述底电极层的表面上；电子传输层，所述电子传输层设在所述钙钛矿吸光层远离所述空穴传输层的表面上；顶电极层，所述顶电极层设在所述电子传输层远离所述钙钛矿吸光层的表面上，其中，所述空穴传输层中包括改性苝酰亚胺聚合物，所述改性苝酰亚胺聚合物中包括聚乙二醇基团、巯基和氟原子。2.根据权利要求1所述的钙钛矿电池组件，其特征在于，所述空穴传输层还包括空穴传输材料，所述改性苝酰亚胺聚合物与所述空穴传输材料的质量比为1：(1～40)；任选地，所述空穴传输材料包括NiO
x
、MoO
x
、V2O5、PEDOT：PSS、PTAA、P3HT、CuI、CuSCN、CuO/Cu2O中的至少之一。3.根据权利要求1所述的钙钛矿电池组件，其特征在于，所述改性苝酰亚胺聚合物包括具有式(A)所示结构的化合物：其中：R1、R2中的至少之一为巯基改性的聚乙二醇基团，R3、R4中的至少之一为含氟原子的基团。4.根据权利要求3所述的钙钛矿电池组件，其特征在于，所述R1、R2中的至少之一包括式I、式II、式III、式IV所示基团中的至少之一，其中n为不大于5的正数：所述R3、R4中的至少之一包括具有式i、式ii、式iii所示基团中的至少之一，
5.根据权利要求1～4中任一项所述的钙钛矿电池组件，其特征在于，所述钙钛矿吸光层包括结构式为ABX3型的吸光材料，其中，A包括Rb
+
、Cs
+
、CH3NH
3+
、CH3CH2NH
3+
、CH3(CH2)2NH
3+
、CH3(CH2)3NH
3+
、HC(NH2)
2+
中的至少之一，B包括Pb
2+
、Sn
2+
、Cu
2+
，Ge
2+
中的至少之一，X包括Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
、SCN
‑
、BF4‑
、PF6‑
中的至少之一；和/或，所述电子传输层包括TiO2、SnO2、ZnO、PC
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BM、PC
71
BM、TIPD、ICBA、C
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、BCP中的至少之一。6.根据权利要求1～4中任一项所述的钙钛矿电池组件，其特征在于，满足下列条件中的至少之一：所述空穴传输层的厚度为5～150nm；所述钙钛矿...

【专利技术属性】
技术研发人员：王佳，王亚丽，侯丽新，韩美英，邢爱，樊迪，杨少鹏，
申请(专利权)人：中国乐凯集团有限公司，
类型：发明
国别省市：