【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于绿色可持续能源领域，具体涉及一种基于二维共轭聚合物界面修饰层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
1、钙钛矿太阳能电池自2009首次报道以来，其光电转换效率迅速攀升，目前为止其认证效率已达25.7％，已经可以与商业化的硅基太阳能相媲美，有望成为下一代新型太阳能电池。除了高的光电转换效率，psc还具备制备工艺简单、制作成本低、可制备为柔性器件等优点，因此引起了科研界和企业界的广泛关注。
2、溶液法制备的钙钛矿前驱体需要热退火使其结晶，获得钙钛矿。结晶过程难以控制，钙钛矿薄膜内部和表面难免产生大量晶界和缺陷，从而诱导载流子复合，降低器件的光电转化效率。另外，晶界也为离子迁移提供通道，是导致电压正反扫描出现迟滞现象的主要原因。与p-i-n型psc相比，n-i-p型psc更容易获得较高的光电转换效率。在n-i-p型psc中，常用的p型空穴传输材料是spiro-ometad。这种材料氧化电位低，空穴传输能力差，使用时需要额外的添加剂tbp(四叔丁基吡啶)和listif(520mg/ml双三氟甲烷磺酰亚胺锂的乙腈溶液)来提高其氧化电位和空穴传输能力(kazuhiro marumotoet.al.appl.phys.lett.2017,110,123904)。但是，listif吸湿性强，它与钙钛矿薄膜直接接触，会加速钙钛矿的降解(kai zhu et al.energy environ.sci.,2017,10,1234-1242；chihayaadachi et al.sol.rrl 2020,4,20003
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种利用二维共轭聚合物对钙钛矿薄膜进行界面修饰层的方法，以及在钙钛矿太阳能电池中的应用。本专利技术采用的二维共轭聚合物主体含有苯并二噻吩单元，与主体连接的r1、r2单元为含苯环或噻吩基团的取代基，利用二维共轭聚合物材料对钙钛矿进行表面修饰，从而兼顾钝化钙钛矿的表面缺陷和抑制li+向钙钛矿迁移的功能。将上述表面修饰用于n-i-p型psc中，以获得高光电转换效率和长效稳定的光伏转换器件。
2、本专利技术的目的之一在于提供一种基于二维共轭聚合物界面修饰层的钙钛矿太阳能电池，包括阴极基底、电子传输层、钙钛矿活性层、二维共轭聚合物界面修饰层、空穴传输层以及金属阳极层，其中，所述的二维共轭聚合物为苯并二噻吩类化合物。所述钙钛矿太阳能电池的结构为：ito阴极/电子传输层/钙钛矿活性层/二维共轭聚合物界面修饰层/空穴传输层/金属阳极。
3、根据本专利技术的一个优选实施方案，所述的二维共轭聚合物的结构式为
4、
5、式(ⅰ)中，r1、r2相同或不同，独立地选自带有环状结构的取代基，优选自带有环状烃结构和/或杂环结构的取代基，更优选自含苯环或噻吩基团的取代基。
6、根据本专利技术的具体实施方式，所述的钙钛矿太阳能电池中：
7、所述的阴极基底为ito玻璃；
8、所述的电子传输层为sno2薄膜；所述电子传输层的厚度为1～40nm，优选为5～20nm；
9、所述钙钛矿光活性层可选用现有技术钙钛矿太阳能电池中已有的各种钙钛矿光活性层，例如，所述的钙钛矿活性层为混合双阳离子钙钛矿；所述钙钛矿活性层的厚度为100～600nm，优选为300～500nm；
10、所述界面修饰层的厚度为1～25nm，优选为1～10nm；
11、所述的空穴传输层包括2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴和三氧化钼，优选地，所述的2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴层厚度为80～400nm，所述的三氧化钼层厚度为3～50nm；更优选地，所述的2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴层厚度为120～250nm，所述的三氧化钼层厚度为5～10nm；
12、所述的阳极材料为金属材料，优选为银、铝中的至少一种；所述阳极材料的厚度为50～200nm，优选为80～100nm。
13、本专利技术的目的之二在于提供一种上述钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括：清洗阴极基底表面、旋涂电子传输层、旋涂光活性层、旋涂二维共轭聚合物溶液、旋涂空穴传输层、蒸镀金属阳极，优选地，所述的制备方法具体包括以下步骤：
14、步骤(1)采用溶剂对ito基底进行清洗后，干燥；
15、步骤(2)将sno2纳米粒子胶体溶液分散在水中，然后旋涂在步骤(1)处理后的ito基底上，退火处理后得到sno2电子传输层；
16、步骤(3)将碘化铅溶于n,n-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜混合溶剂中，得到前驱体溶液1；将卤化胺溶解在有机溶剂中，得到前驱体溶液2，依次将前驱体溶液1和前驱体溶液2旋涂在sno2电子传输层表面，退火处理，得到覆有钙钛矿光活性层的材料；
17、步骤(4)将二维共轭聚合物溶液快速滴涂在钙钛矿光活性层上，得到二维共轭聚合物界面修饰层；
18、步骤(5)将2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴溶于有机溶剂中，并加入四叔丁基吡啶和双三氟甲烷磺酰亚胺锂溶液，得到溶液3，将得到的溶液3旋涂在二维共轭聚合物界面修饰层上，然后蒸镀三氧化钼，得到覆有空穴传输层的材料；
19、步骤(6)在空穴传输层表面真空蒸镀阳极材料后，即得所述的钙钛矿太阳能电池。
20、根据本专利技术的一种实施方式，所述步骤(2)中：
21、所述sno2纳米粒子胶体溶液的质量百分浓度为1～30％，优选为5～15％；
22、以体积百分比来计，所述sno2纳米粒子胶体溶液为水体积的10～40％，优选为15～30％；
23、所述步骤(2)的退火处理温度为140～200℃，时间为30～60min。
24、根据本专利技术的一种实施方式，所述步骤(3)中：
25、所述的二甲基亚砜占n,n-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜混合溶剂总体积的1～30％，优选为5～10％；
26、所述前驱体溶液1中，以n,n-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜混合溶剂为1ml来计，所述的碘化铅用量为400～900mg，优选为500～700mg；
27、所述的卤化胺包括碘甲脒、溴甲胺和氯甲胺，优选地，以所述的碘甲脒、溴甲胺、氯甲胺总质量为100％来计，所述的溴甲胺为5～30％，优选为8～20％；所述的氯甲胺为5～30％，优选为8～20％；
28、所述前驱体溶液2的浓度为50～150mg/ml，优选为60～120mg/ml；
29、所述前驱体溶液2的溶剂选自异丙醇；
30、所述步骤(3)的退火处理温度为100～180℃，退火时间为5～60min。
31、根据本专利技术的一种实施方式，所述步骤(4)中的二维共轭聚合物溶液由二维共轭聚合物溶解在溶剂中，加热搅拌得到。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于二维共轭聚合物界面修饰层的钙钛矿太阳能电池，包括阴极基底、电子传输层、钙钛矿活性层、二维共轭聚合物界面修饰层、空穴传输层以及金属阳极层，其中，所述的二维共轭聚合物为苯并二噻吩类化合物。
2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述的二维共轭聚合物的结构式为
3.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，
4.一种权利要求1～3任一项所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括：清洗阴极基底表面、旋涂电子传输层、旋涂光活性层、旋涂二维共轭聚合物溶液、旋涂空穴传输层、蒸镀金属阳极。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述的制备方法具体包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中：
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中：
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中：
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，
11.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，
...【技术特征摘要】
1.一种基于二维共轭聚合物界面修饰层的钙钛矿太阳能电池，包括阴极基底、电子传输层、钙钛矿活性层、二维共轭聚合物界面修饰层、空穴传输层以及金属阳极层，其中，所述的二维共轭聚合物为苯并二噻吩类化合物。
2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述的二维共轭聚合物的结构式为
3.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，
4.一种权利要求1～3任一项所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括：清洗阴极基底表面、旋涂电子传输层、旋涂光活性层、旋涂二维共轭聚合物溶液、旋涂空穴传输层、蒸镀金...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋波，傅建妃，计文希，周祎，张韬毅，王蔼廉，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
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。