基于电聚合叶绿素空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于电聚合叶绿素空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于钙钛矿太阳能电池制备技术领域。本发明专利技术的制备方法包括：在透明导电玻璃阳极上依次制备空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层、空穴阻挡层和金属阴极；所述空穴传输层是通过配置叶绿素溶液作为电解液，使用动电位方法在透明导电玻璃基底上电化学沉积制备得到。本发明专利技术的制备的钙钛矿太阳能电池是以通过电化学聚合含有不饱和键的叶绿素制备的电化学聚合叶绿素薄膜作为空穴传输层的高效率钙钛矿太阳能电池，其光电转换效率可高达19.0％。本发明专利技术的基于电聚合叶绿素空穴传输层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其合成工艺简单易行，设备要求低，有良好的工业应用前景。业应用前景。业应用前景。

【技术实现步骤摘要】
基于电聚合叶绿素空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于钙钛矿太阳能电池制备
，具体涉及一种基于电聚合叶绿素空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]在新兴的光伏技术中，钙钛矿太阳能电池因为其快速增长的能量转换效率而引起了广泛的关注，截至目前，钙钛矿太阳能电池的最高能量转化效率已经超过26％。其中，反式结构钙钛矿太阳能电池由于具有电流
‑
电压曲线迟滞效应低、稳定性好、制造成本低等优点而备受关注。空穴传输层是反式结构钙钛矿太阳能电池的重要组成部分，在空穴提取和传输、表面钝化、钙钛矿结晶、器件稳定性和成本等方面起着决定性作用。目前，探索高效、稳定、高透明和低成本的空穴传输层是推动反式结构钙钛矿太阳能电池走向商业化的关键。与无机空穴传输层相比，有机空穴传输层(包括导电聚合物、小分子和自组装单层)具有可调节的带隙和能级、易于合成和纯化、溶液可加工性和整体成本较低等多个优势，其中，导电聚合物已广泛应用于有机发光二极管(OLEDs)、有机光伏(OPVs)和有机场效应晶体管中。
[0003]叶绿素(Chls)及其衍生物是光合生物中最普遍的用于光吸收、能量转移和电荷分离的色素。当以薄膜形式沉积时，Chls及其半合成衍生物表现出典型的有机半导体特性，具有良好的载流子迁移率和合适的费米能级，然而，与其他有机聚合物薄膜相比，用溶液法制备的Chls薄膜表现出较低的载流子迁移率，限制了其在钙钛矿太阳能电池中的应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决现有技术中基于溶液法制备的Chls薄膜载流子迁移率较低导致对空穴的提取能力较差，进而导致器件效率较低的技术问题，提供一种基于电聚合叶绿素空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案具体如下：
[0006]一种基于电聚合叶绿素空穴传输层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0007]1)将透明导电玻璃阳极进行紫外臭氧预处理；
[0008]2)在透明导电玻璃上制备空穴传输层；
[0009]3)在空穴传输层上旋涂钙钛矿层；
[0010]4)在钙钛矿层上旋涂电子传输层；
[0011]5)在电子传输层上蒸镀空穴阻挡层和金属阴极；
[0012]其特征在于，所述步骤2)包括以下步骤：
[0013]所述空穴传输层为电化学聚合制备的聚合叶绿素薄膜PolyCuChl或者PolyNiChl；
[0014]配置叶绿素溶液作为电解液，使用动电位方法在步骤1)获得的透明导电玻璃基底
上电化学沉积制备得到所述空穴传输层。
[0015]在上述技术方案中，步骤2)的一种具体实施方式为：
[0016]将叶绿素单体CuChl或者NiChl，和四丁基六氟磷酸铵溶解于二氯甲烷，得到叶绿素溶液；
[0017][0018]将步骤1)获得的透明导电玻璃基底作为工作电极置于三电极系统中，以铂片为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极，上述配制的叶绿素溶液为电解液，采用循环伏安法进行电化学聚合，制备得到所述空穴传输层。
[0019]在上述技术方案中，所述叶绿素溶液是将1g四丁基六氟磷酸铵和8.5mg叶绿素单体溶解于25mL二氯甲烷中获得的。
[0020]在上述技术方案中，电化学聚合的参数设置为：最高电位1.35V，最低电位0V，起始电位0V，扫描速度100mV s
‑1。
[0021]在上述技术方案中，步骤2)聚合完成后用二氯甲烷清洗基底并进行真空干燥备用。
[0022]一种由上述制备方法制备的钙钛矿太阳能电池，由下至上依次包括透明导电玻璃阳极、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层、空穴阻挡层和金属阴极。
[0023]在上述技术方案中，所述透明导电玻璃阳极为掺氟的氧化铟锡FTO，所述钙钛矿层为CH3NH3PbI3，所述电子传输层为PC
61
BM([6,6]‑
phenyl C
61 butyric acid methyl ester)，所述空穴阻挡层为Bathocuproine(BCP)，所述金属阴极为Ag。
[0024]在上述技术方案中，所述空穴传输层的厚度为12
‑
18nm，钙钛矿层的厚度为300
‑
350nm、电子传输层的厚度为20
‑
25nm、空穴阻挡层的厚度为6
‑
8nm、金属阴极的厚度为50
‑
70nm。
[0025]本专利技术的有益效果是：
[0026]本专利技术制备的钙钛矿太阳能电池是以通过电化学聚合含有不饱和键的叶绿素制备的电化学聚合叶绿素薄膜作为空穴传输层的高效率钙钛矿太阳能电池，其光电转换效率可高达19.0％。
[0027]本专利技术的基于电聚合叶绿素空穴传输层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其合成工艺简单易行，设备要求低，有良好的工业应用前景。
附图说明
[0028]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。
[0029]图1是本专利技术对比例和实施例基于溶液法制备的叶绿素薄膜、电化学聚合方法制备的叶绿素薄膜作为空穴传输层的高效率钙钛矿太阳能电池器件结构图。
[0030]图2是本专利技术对比例和实施例制备的光伏器件的能级结构以及载流子传输路径图。
[0031]图3是本专利技术对比例和实施例基于溶液法制备的叶绿素薄膜、电化学聚合方法制备的叶绿素薄膜作为空穴传输层的高效率钙钛矿太阳能电池器件的J
‑
V曲线图。
具体实施方式
[0032]本专利技术提供一种基于电聚合叶绿素空穴传输层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0033]1)将透明导电玻璃阳极进行紫外臭氧预处理；
[0034]2)在透明导电玻璃上制备空穴传输层；
[0035]3)在空穴传输层上旋涂钙钛矿层；
[0036]4)在钙钛矿层上旋涂电子传输层；
[0037]5)在电子传输层上蒸镀空穴阻挡层和金属阴极；
[0038]所述步骤2)包括以下步骤：
[0039]所述空穴传输层为电化学聚合制备的聚合叶绿素薄膜PolyCuChl或者PolyNiChl；
[0040]配置叶绿素溶液作为电解液，使用动电位方法在步骤1)获得的透明导电玻璃基底上电化学沉积制备得到所述空穴传输层。
[0041]优选的是，步骤2)的一种具体实施方式为：
[0042]将叶绿素单体CuChl或者NiChl，和四丁基六氟磷酸铵溶解于二氯甲烷，得到叶绿素溶液；
[0043][0044]将步骤1)获得的透明导电玻璃基底作为工作电极置于三电极系统中，以铂片为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极，上述配制的叶绿素溶液为电解液，采用循环伏安法进行电化学聚合，制备得到所述空穴传输层。
[0045]进一步优选的是，所述叶绿素溶液是将1g四本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电聚合叶绿素空穴传输层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：1)将透明导电玻璃阳极进行紫外臭氧预处理；2)在透明导电玻璃上制备空穴传输层；3)在空穴传输层上旋涂钙钛矿层；4)在钙钛矿层上旋涂电子传输层；5)在电子传输层上蒸镀空穴阻挡层和金属阴极；其特征在于，所述步骤2)包括以下步骤：所述空穴传输层为电化学聚合制备的聚合叶绿素薄膜PolyCuChl或者PolyNiChl；配置叶绿素溶液作为电解液，使用动电位方法在步骤1)获得的透明导电玻璃基底上电化学沉积制备得到所述空穴传输层。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)的一种具体实施方式为：将叶绿素单体CuChl或者NiChl，和四丁基六氟磷酸铵溶解于二氯甲烷，得到叶绿素溶液；将步骤1)获得的透明导电玻璃基底作为工作电极置于三电极系统中，以铂片为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极，上述配制的叶绿素溶液为电解液，采用循环伏安法进行电化学聚合，制备得到所述空穴传输层。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述叶绿素溶液是将1g四丁基六氟磷酸铵和8.5mg叶绿素单体溶解于25mL二氯甲烷中获得的。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，电化学聚合的参数设置为：最高电位1.35V，最低电位0V，起始电位0V，扫描速度1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓峰，刘子嫣，于大明，尤霆，朱子墨，唐浩然，
申请(专利权)人：储天新能源科技长春有限公司，
类型：发明
国别省市：