一种基于导电聚合物修饰钙钛矿/碳电极界面的太阳能电池制造技术

本发明专利技术为一种基于导电聚合物修饰钙钛矿/碳电极界面的太阳能电池。该太阳能电池从下到上依次为透明导电衬底、电子传输层、钙钛矿吸光层、导电聚合物修饰层和碳电极；所述的导电聚合物修饰层的导电聚合物为聚吡咯、聚乙炔、聚噻吩、聚苯乙炔中一种或多种；厚度为5～10nm。本发明专利技术制备方法高效，制备工艺简单，基于此制备的碳电极钙钛矿太阳能电池载流子传输性能得以改善，光电转换效率显著提升，在未来具有良好的应用前景。具有良好的应用前景。具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于导电聚合物修饰钙钛矿/碳电极界面的太阳能电池


[0001]本专利技术属于半导体光电材料与器件领域，具体涉及一种基于导电聚合物修饰钙钛矿/碳电极界面的太阳能电池。

技术介绍

[0002]随着传统化石能源的不断消耗，能源危机和环境问题不断凸显，引起了世界各国的广泛关注。太阳能作为一种清洁能源，利用方式主要是光电转换，即把光能转换成电能，具有环保、资源丰富和清洁可再生等诸多优点。钙钛矿太阳能电池(PSCs)凭借光吸收系数高、载流子寿命长、制备工艺简单等优点，成为了下一代太阳能电池的研究重点。
[0003]在钙钛矿太阳能电池器件中，碳材料被认为是最有前途的电极材料，因为碳材料储量丰富、价格便宜、功函数匹配较好且性质稳定，有助于提升PSCs的性能。但碳电极钙钛矿太阳能电池中钙钛矿/碳电极界面接触较差，降低了界面载流子传输性能。因此，需要提出一种界面修饰方法用于改善钙钛矿/碳电极间的界面接触，在两层之间构建传输桥梁，这对于提高碳电极钙钛矿太阳能电池的效率与稳定性十分有益。专利CN113644208A虽用导电聚合物PEDOT:PSS修饰碳电极，来改善钙钛矿/碳电极间的界面接触，但需浸泡，烘干，热压三个步骤来修饰钙钛矿层与碳电极，过程需高温高压力处理，繁琐复杂。所用的导电聚合物PEDOT:PSS是由PEDOT和PSS两种物质构成。PEDOT是EDOT(3，4
‑
乙烯二氧噻吩单体)的聚合物，PSS是聚苯乙烯磺酸盐；其中，PEDOT:PSS含有苯环和磺酸基，分子结构复杂。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对碳电极钙钛矿太阳能电池中钙钛矿/碳电极界面接触较差以及修饰过程繁琐的问题，提出了一种基于导电聚合物修饰钙钛矿/碳电极界面的太阳能电池。该器件对修饰层进行了改进，以聚吡咯、聚乙炔、聚噻吩、聚苯乙炔等导电聚合物作为修饰层的材料；制备中，通过旋涂，退火等两个步骤将导电聚合物均匀分散在钙钛矿吸光层表面，形成导电聚合物修饰层，来改善钙钛矿/碳电极界面接触。本专利技术制备方法高效，制备工艺简单，基于此制备的碳电极钙钛矿太阳能电池载流子传输性能得以改善，光电转换效率显著提升，在未来具有良好的应用前景。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种基于导电聚合物修饰钙钛矿/碳电极界面的太阳能电池，其特征在于，该太阳能电池从下到上依次为透明导电衬底、电子传输层、钙钛矿吸光层、导电聚合物修饰层和碳电极；
[0007]所述的导电聚合物修饰层的厚度为5～10nm；
[0008]所述的导电聚合物为聚吡咯、聚乙炔、聚噻吩、聚苯乙炔中一种或多种；
[0009]所述的透明导电衬底优选为氧化氟锡透明导电玻璃(FTO)、氧化铟锡透明导电玻璃(ITO)、PET/ITO(PET为聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PEN/ITO(PEN为聚萘二甲酸乙二醇酯)中的一种；
[0010]所述的电子传输层为二氧化锡(SnO2)、二氧化钛(TiO2)、氯掺杂的二氧化钛、碳60(C
60
)、[6,6]‑
苯基C61丁酸甲酯(PCBM)、氧化锌(ZnO)、TiO2‑
SnO2、ZnO
‑
TiO2、ZnO
‑
SnO2中的至少一种；厚度为5～180nm；
[0011]所述的钙钛矿吸光层材料结构式为APbX3，A位为甲脒阳离子(NH2CH＝NH
2+
，FA
+
)、甲胺阳离子(CH3NH
3+
，MA
+
)和铯离子(Cs
+)
中的至少一种；X位为F
‑
、Cl
‑
、Br
‑
和I
‑
中的至少一种；厚度为200～1000nm；
[0012]所述的碳电极材料为碳浆，方阻<30Ω，固含量为40～60％；碳电极厚度为5～100μm。
[0013]所述的基于导电聚合物修饰钙钛矿/碳电极界面的太阳能电池的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0014]1)在透明导电衬底上制备电子传输层；
[0015]2)配置钙钛矿前驱液，并利用匀胶机在电子传输层上旋涂钙钛矿前驱液，通过低压辅助设备处理后进行退火，得到钙钛矿吸光层；
[0016]所述的钙钛矿前驱液的溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基乙酰胺(DMAc)、乙腈(MeCN)、醋酸甲氨、甲酸甲胺、丁酸甲胺、γ
‑
丁内酯、甲醇中的至少一种；所述的钙钛矿前驱液的浓度为0.2～2mol/L，浓度以Pb的含量计；
[0017]3)在钙钛矿吸光层的表面旋涂导电聚合物胶体，然后进行退火处理，得到导电聚合物修饰层；
[0018]4)在导电聚合物修饰层表面刮涂碳浆，然后进行退火处理，最终得到基于导电聚合物修饰钙钛矿/碳电极界面的碳基钙钛矿太阳能电池。
[0019]步骤2)中，所述的旋涂速度为1000～6000rpm，旋涂时间为10～60s；所述的低压辅助设备处理时真空度为1～100Pa，处理时间为1～60s；所述的退火温度为100～120℃，处理时间为15～20分钟；
[0020]步骤3)中，所述的退火温度为100～120℃，处理时间5～10分钟。
[0021]步骤4)中，所述的退火温度为100～120℃，处理时间15～20分钟。
[0022]所述的导电聚合物胶体为将导电聚合物加入到异丙醇中，通过振荡和超声得到胶体；所述的胶体浓度为0.5～5mg/ml；所述的振荡时间为5～20分钟，频率为1000～1200次/分钟；所述的超声时间为15～30分钟，频率为30～50KHz；
[0023]所述的旋涂量为50～200μL/4～25cm2；所述的旋涂速度为2000～4000rpm；所述的旋涂时间为5～10s。
[0024]本专利技术的实质性特点为：
[0025]在钙钛矿吸光层与碳电极层之间引入导电聚合物修饰层，构建载流子传输“桥梁”，提高载流子的传输性能；另外，导电聚合物一端深入碳电极中，另一端与钙钛矿吸光层形成配位，接触稳定牢固，减少缺陷，以此来改善钙钛矿/碳电极界面接触性差的问题。对比专利中，所用的导电聚合物PEDOT:PSS是由PEDOT和PSS两种物质构成。PEDOT是EDOT(3，4
‑
乙烯二氧噻吩单体)的聚合物，PSS是聚苯乙烯磺酸盐，作为分散长链，分别利用PEDOT优良的空穴提取能力和PSS平衡电极性和促进PEDOT溶解的作用；通过对碳电极进行处理，使碳电极表面吸附导电聚合物PEDOT:PSS。由于碳浆中有机溶剂(DBE)与钙钛矿层发生反应，会导
致其分解，因此，需要将碳浆浸泡在溶有PEDOT:PSS的无水乙醇中，替换碳浆中原有的有机溶剂，并使其表面覆盖上一层PEDOT:PSS。在70℃环境中烘干，将无本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于导电聚合物修饰钙钛矿/碳电极界面的太阳能电池，其特征为该太阳能电池从下到上依次为透明导电衬底、电子传输层、钙钛矿吸光层、导电聚合物修饰层和碳电极；所述的导电聚合物修饰层中，导电聚合物为聚吡咯、聚乙炔、聚噻吩、聚苯乙炔中一种或多种；厚度为5～10nm；所述的钙钛矿吸光层材料结构式为APbX3，A位为甲脒阳离子(NH2CH＝NH
2+
，FA
+
)、甲胺阳离子(CH3NH
3+
，MA
+
)和铯离子(Cs
+)
中的至少一种；X位为F
‑
、Cl
‑
、Br
‑
和I
‑
中的至少一种；厚度为200～1000nm。2.如权利要求1所述的基于导电聚合物修饰钙钛矿/碳电极界面的太阳能电池，其特征为所述的透明导电衬底为氧化氟锡透明导电玻璃(FTO)、氧化铟锡透明导电玻璃(ITO)、PET/ITO(PET为聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PEN/ITO(PEN为聚萘二甲酸乙二醇酯)中的一种；所述的电子传输层为二氧化锡(SnO2)、二氧化钛(TiO2)、氯掺杂的二氧化钛、碳60(C
60
)、[6,6]
‑
苯基C61丁酸甲酯(PCBM)、氧化锌(ZnO)、TiO2‑
SnO2、ZnO
‑
TiO2、ZnO
‑
SnO2中的至少一种；厚度为5～180nm；所述的碳电极材料为碳浆，方阻<30Ω，固含量为40～60％；碳电极厚度为5～100μm。3.如权利要求1所述的基于导电聚合物修饰钙钛矿/碳电极界面的太阳能电池的制备方法，其特征为该方法包括以下步骤：1)在透明导电衬底上制备电子传输层；2)配置钙钛矿前驱液，并利用匀胶机在电子传输层上旋涂钙钛矿前驱液，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵智鑫，郑士建，陈佳雨，邵盼杰，张世宁，石东常，吴存存，张阳洋，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：