本发明专利技术涉及有机磺酸盐分子在钙钛矿太阳能电池中的应用和一种正置钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于钙钛矿太阳能电池的制备技术领域。本发明专利技术采用不同的有机磺酸盐分子掺杂空穴传输层(HTL)，通过有机磺酸盐分子中阴阳离子协同作用固定Li<supgt;+</supgt;、4‑叔丁基吡啶(tBP)和卤素离子，同时钝化钙钛矿/HTL界面的缺陷，旨在同时稳定HTL和降低界面非辐射复合损失，实现高效、稳定钙钛矿太阳能电池的可控制备，为钙钛矿光伏技术的商业化应用奠定基础。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钙钛矿太阳能电池的制备，涉及有机磺酸盐分子在钙钛矿太阳能电池中的应用和一种正置钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
1、钙钛矿太阳能电池(psc)因其具有成本低、效率高、可溶液加工等优势而成为最具商业化应用潜力的新型太阳能电池之一，是当前发展最快速的光伏技术。目前，钙钛矿太阳能电池已实现超过26％的认证功率转换效率(pce)。然而，长期运行稳定性仍然是其大规模商业应用的主要障碍。离子迁移和扩散以及深能级陷阱导致的本征不稳定性是实现器件长期运行稳定的最大挑战。
2、高效的正置psc通常依赖于掺杂有双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锂(li-tfsi)和4-叔丁基吡啶(tbp)的2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(spiro-ometad)作为有机空穴传输层(htl)。li+的扩散和tbp的挥发严重制约了pscs的长期运行稳定性。另外，钙钛矿中的卤素离子会迁移到htl中，并与spiro-ometad·+tfsi-自由基相互作用，然后进一步扩散到金属电极层并与其反应，严重破坏htl和电极的性能和稳定性。事实上，在钙钛矿薄膜晶界和界面处存在大量卤素离子空位缺陷，这为卤素离子迁移提供路径。因此，通过修复晶界和界面处的缺陷来抑制或阻断卤素离子迁移是一种有效的方法。
3、然而，目前还没有报道可以同时固定li+、tbp和i-的方法，因此有必要开发有效的掺杂剂来稳定空穴传输层，以进一步提高钙钛矿太阳能电池的长期运行稳定性。
技术实现思路</p>1、有鉴于此，本专利技术的目的之一在于提供有机磺酸盐分子在钙钛矿太阳能电池中的应用；本专利技术的目的之二在于提供一种正置钙钛矿太阳能电池；本专利技术的目的之三在于提供一种正置钙钛矿太阳能电池的制备方法。
2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、1.有机磺酸盐分子在钙钛矿太阳能电池中的应用，所述应用具体为：将有机磺酸盐分子用于制备钙钛矿太阳能电池的空穴传输层；
4、所述有机磺酸盐分子的结构式如下：
5、
6、2.一种正置钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池的空穴传输层中掺杂有有机磺酸盐分子；
7、所述有机磺酸盐分子的结构式如下：
8、
9、优选的，所述钙钛矿太阳能电池从下往上依次由导电基底层、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属背电极层叠组成。
10、3.上述太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
11、(1)将电子传输层溶液旋涂于经预处理后的导电基底上，100～180℃退火处理后进行紫外臭氧照射处理或plasma等离子处理20～80min，在所述导电基底上形成电子传输层；
12、(2)将钙钛矿前驱体溶液旋涂于步骤(1)中所述电子传输层上，滴加反溶剂，退火处理，在所述电子传输层上形成钙钛矿吸光层；
13、(3)将混合有有机磺酸盐分子的空穴传输层溶液中旋涂于步骤(2)中所述钙钛矿吸光层上，在所述钙钛矿吸光层上形成空穴传输层；
14、(4)在步骤(3)中所述空穴传输层上制备金属背电极，即可。
15、优选的，步骤(1)中，所述导电基底层的材料为ito或fto中的任意一种；
16、所述预处理具体为：将所述导电基底层的材料依次经洗涤剂、去离子水、丙酮、无水乙醇超声清洗后以氮气吹干，采用紫外臭氧处理10～30min，冷却备用。
17、优选的，步骤(1)中，所述电子传输层溶液中电子传输层材料为sno2、tio2、zno、basno3或ceo2中的任意一种或几种。
18、优选的，步骤(2)中，所述钙钛矿前驱体溶液中钙钛矿前驱体材料为abx3，其中a为ch3nh3+、ch(nh2)2+、cs+或rb+中的任意一种或几种，b为pb2+、sn2+或ge2+中的任意一种或几种，x为cl-、br-或i-中的任意一种或几种。
19、优选的，步骤(3)中，所述混合有有机磺酸盐分子的空穴传输层溶液中空穴传输层材料为有机磺酸盐分子和2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(spiro ometad)按照1:97～1:102的摩尔比形成的混合物，其中所述混合有有机磺酸盐分子的空穴传输层溶液中有机磺酸盐分子的浓度为0.01～5.0mg/ml；
20、所述混合有有机磺酸盐分子的空穴传输层溶液中空穴传输层材料还包括三丁基膦(tbp)和双三氟甲烷磺酰亚胺锂(li-tfsi)，其中2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(spiro ometad)、三丁基膦(tbp)和双三氟甲烷磺酰亚胺锂(li-tfsi)的质量体积比为72.3:29:18，mg:μl:μl；
21、所述反溶剂为氯苯、二氯甲烷、二氯苯、甲苯、乙酸乙酯、氯仿或乙醚中的任意一种或几种。
22、优选的，步骤(4)中，所述金属背电极为au或ag。
23、优选的，所述旋涂的转速为2500～6500rpm、时间为25～50s。
24、本专利技术的有益效果在于：
25、(1)本专利技术公开了有机磺酸盐分子在钙钛矿太阳能电池中的应用，主要是将有机磺酸盐分子用于制备钙钛矿太阳能电池的空穴传输层，通过同时调控空穴传输层(htl)和钙钛矿/空穴传输层(htl)界面，固定li+、tbp和卤素离子以及钝化界面缺陷，从而稳定空穴传输层(htl)，并最大限度地减少界面能量损失(以2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(spiro ometad)为例，在老化过程中，spiro-ometad形成spiro-ometad·+tfsi-后，有机磺酸盐通过对甲苯磺酸根阴离子与li+的离子键相互作用，阻止li+离子的扩散，而有机磺酸盐的阳离子-nh3+与tbp形成氢键，抑制tbp的挥发)；此外，有机磺酸盐分子还可以通过调控界面缺陷来达到抑制卤素离子迁移和界面陷阱诱导的非辐射复合的目的。
26、(2)本专利技术还公开了一种正置钙钛矿太阳能电池，该钙钛矿太阳能电池的空穴传输层中掺杂有有机磺酸盐分子，实现了23.83％的功率转换效率从21.43％提升到23.58％以上、在35～45％的相对湿度条件下老化3000h后保持初始效率在93.76％以上，在氮气手套箱中加热65℃老化2000h后保持初始效率在90.99％以上。另外本专利技术中基于有机磺酸盐分子的htl掺杂方法工艺简单、重复性好，在推动钙钛矿太阳能电池的产业化进程方面具有十分重要的意义。
27、本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.有机磺酸盐分子在钙钛矿太阳能电池中的应用，其特征在于，所述应用具体为：将有机磺酸盐分子用于制备钙钛矿太阳能电池的空穴传输层；
2.一种正置钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池的空穴传输层中掺杂有有机磺酸盐分子；
3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池从下往上依次由导电基底层、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属背电极层叠组成。
4.权利要求2～3任一项所述太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述导电基底层的材料为ITO或FTO中的任意一种；
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述电子传输层溶液中电子传输层材料为SnO2、TiO2、ZnO、BaSnO3或CeO2中的任意一种或几种。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述钙钛矿前驱体溶液中钙钛矿前驱体材料为ABX3，其中A为CH3NH3+、CH(NH2)2+、Cs+或Rb+中的任意一种或几种，B为Pb2+、Sn2+或Ge2+中的任意一种或几种，X为Cl-、Br-或I-中的任意一种或几种。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述混合有有机磺酸盐分子的空穴传输层溶液中空穴传输层材料为有机磺酸盐分子和2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴按照1:97～1:102的摩尔比形成的混合物，其中所述混合有有机磺酸盐分子的空穴传输层溶液中有机磺酸盐分子的浓度为0.01～5.0mg/mL；
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述金属背电极为Au或Ag。
10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述旋涂的转速为2500～6500rpm、时间为25～50s。
...
【技术特征摘要】
1.有机磺酸盐分子在钙钛矿太阳能电池中的应用，其特征在于，所述应用具体为：将有机磺酸盐分子用于制备钙钛矿太阳能电池的空穴传输层；
2.一种正置钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池的空穴传输层中掺杂有有机磺酸盐分子；
3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池从下往上依次由导电基底层、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属背电极层叠组成。
4.权利要求2～3任一项所述太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述导电基底层的材料为ito或fto中的任意一种；
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述电子传输层溶液中电子传输层材料为sno2、tio2、zno、basno3或ceo2中的任意一种或几种。
7.根据权利要求4所述的制...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈江照，何冬梅，马丹青，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。