【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光伏，尤其涉及一种使用有机溶剂改性ptaa薄膜表面性质以提高ptaa基反式钙钛矿太阳能电池光伏性能的方法。
技术介绍
1、在碳中和的战略背景下，太阳能作为一种清洁可再生能源，成为新能源体系中最重要的能源之一。过去几十年，钙钛矿光伏技术取得了长足发展。与传统晶硅太阳能电池相比，钙钛矿太阳能电池(pscs)具有更优异的光电转化效率、更低的制造成本、更低能耗的制备工艺以及更灵活多样的应用方式，被认为是最有可能实现大规模商业化的新一代光伏技术之一。
2、根据功能层叠加顺序的不同，pscs可分为反式(p-i-n)和正式两种结构(n-i-p)。其中，反式钙钛矿太阳能电池具有更优异的稳定性，也更有利于制备柔性和叠层太阳能电池，因此成为光伏领域的研究热点。聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](ptaa)是反式pscs中最常用、最高效的空穴传输材料。但ptaa薄膜表面润湿性很差，必须经过有机溶剂或界面层修饰等方法进行后处理，才可确保钙钛矿前驱体溶液均匀铺展成膜，制备出高质量的钙钛矿薄膜和高性能的反式钙钛矿太阳能电池。目前主要采用的有机溶剂为高极性的n,n-二甲基甲酰胺(dmf)，dmf后处理可以提高ptaa表面润湿性，但也会破坏ptaa表面微结构，导致更差的钙钛矿界面，从而影响器件的效率和稳定性。而界面分子层策略往往缺乏普适性，界面稳定性较差，且会进一步增加电池的制造成本。因此，寻求更加高效、更具普适性的ptaa表面处理方法对推动反式钙钛矿太阳能电池发展尤为重要。
技术实现思路b>
1、本专利技术的目的是为了解决ptaa基反式钙钛矿太阳能电池存在的上述问题，提出了一种简单、高效、普适性的ptaa表面后处理方法，从而提高钙钛矿薄膜质量和反式pscs的光电转换效率和稳定性。
2、为达到以上目的，本专利技术的技术方案是：先制备ptaa空穴传输层，然后采用有机溶剂处理ptaa薄膜，所述有机溶剂与ptaa具有合适的汉森溶解度参数，ptaa在有机溶剂中的汉森溶解度参数δt为：δt2＝δd2+δp2+δh2，且满足δd为7.5±0.5mpa0.5，δp为3.5±1mpa0.5，δh为6±1mpa0.5，δd代表色散力，δp为极性相互作用，δh为氢键力；处理方法为旋涂法或浸泡法，再进行退火处理。本申请采用乙二醇单甲醚(2-me)、二乙二醇甲醚(2-dm)等有机溶剂处理ptaa薄膜，尤其是乙二醇单甲醚(2-me)有机溶剂处理，获得有利于钙钛矿前驱体溶液润湿铺展和成核结晶的聚合物表面微结构，提高钙钛矿薄膜表界面的致密均一性，从而减少界面载流子非辐射复合损失，提升ptaa基反式钙钛矿太阳能电池的光伏性能。本专利技术中ptaa基反式pscs的制备工艺如图1所示，具体步骤如下：
3、1)处理导电玻璃：将导电玻璃切割成标准尺寸，依次用玻璃清洗液、去离子水、丙酮、乙醇和异丙醇分别超声清洗，吹干后再用紫外-臭氧清洗机处理，收集备用；
4、2)制备ptaa空穴传输层：配制ptaa氯苯溶液，将上述溶液滴加在步骤1)处理后的基底上，旋涂成膜，再进行退火处理；
5、3)处理ptaa薄膜：采用有机溶剂处理ptaa薄膜，处理方法为旋涂法或浸泡法，再进行退火处理；
6、通过采用2-me等有机溶剂作为后处理溶剂，提升ptaa薄膜性能；本申请处理方式包括旋涂法和浸泡法，使其可以满足实验室小面积和规模化大面积应用。
7、4)制备钙钛矿吸收层：配制钙钛矿前驱体溶液，再在手套箱中将钙钛矿前驱体溶液滴加在由步骤3)处理后的基底上，旋涂成膜，再进行退火处理，制备得到钙钛矿薄膜；
8、5)制备电子传输层：采用真空热蒸镀法在钙钛矿上制备c60电子传输层；
9、6)制备空穴阻挡层：制备bcp异丙醇溶液，采用旋涂法在电子传输层上制备bcp空穴阻挡层；
10、7)制备对电极：采用真空热蒸镀法在bcp上制备高功函数的金属对电极。
11、在步骤1)中，所述导电玻璃基底为氧化铟锡(ito)，方阻为5～20ω/cm2；所述标准尺寸为2×2cm2。所述超声清洗的时间为15～20min；所述紫外-臭氧清洗机处理的时间为15～30min，温度为20～30℃。
12、在步骤2)中，所述ptaa氯苯溶液浓度为2～3mg/ml；所述旋涂速度为3000～6000rmp，旋涂时间为20～40s；所述退火温度为50～100℃，退火时间为10～15min。
13、氯苯溶液浓度、旋涂速度和旋涂时间主要影响ptaa膜的厚度：浓度越低、速度越快、时间越长，薄膜就越薄。退火温度和时间主要影响ptaa湿膜干燥速度。本申请通过控制氯苯溶液浓度、旋涂速度和时间、退火温度和时间获得满足需要的ptaa空穴传输层。
14、在步骤3)中，所述有机溶剂为2-me等。所述旋涂法处理方式为：取50～100ul有机溶剂滴于ptaa薄膜表面旋涂成膜，旋涂速度为4000～6000rmp，旋涂时间为10～30s。再于100～120℃退火5～10min。所述浸泡法处理方式为：将整片ito/ptaa玻璃浸入有机溶剂中，浸泡10～50s。然后于100～120℃退火5～10min。
15、在太阳能电池或者其他光电器件制备过程中，2-me、2-dm等通常用作溶剂，本申请通过研究发现，针对ptaa薄膜表面优化，和其他有机溶剂相比，ptaa在2-me等溶剂中具有更匹配的汉森溶解度参数，使得ptaa表面的物化性能得以最大程度地改善。
16、旋涂法中，滴加量、旋涂速度和旋涂时间会影响有机溶剂在ptaa表面的量：滴加越少、速度越快、时间越短，溶剂分子与ptaa薄膜的相互作用就会减弱，优化效果变差。而退火温度和退火时间影响溶剂在ptaa表面的停留时间，2-me等有机溶剂的沸点为100～200℃，本申请采用100～120℃就可以快速让溶剂挥发完全。退火时间越长，溶剂挥发越干净，也不干扰后续ptaa表面性质发挥。
17、侵泡法中，浸泡时间越长，有机溶剂与ptaa表面的作用越充分，优化效果越好。因为ptaa薄膜本身有一定厚度，溶剂需要时间去渗透和相互作用。但时间太长，效果并不能有更近一步改善，反而增加工艺周期。退火温度和时间解释同上。
18、在步骤4)中，所述钙钛矿组分为(fa0.98ma0.02)0.95cs0.05pb(i0.98br0.02)3，浓度为1.5～1.8mol/l。所述制备钙钛矿薄膜的溶剂体系为dmf和dmso混合溶剂，dmf:dmso体积比为5:1。所述制膜方法为一步法旋涂，旋涂速度为1000～5000rmp，旋涂时间为10～50s。制备钙钛矿薄膜的反溶剂为氯苯。所述退火温度为100～120℃，退火时间为10～30min。反溶剂即不能够溶解钙钛矿的溶剂，dmf和dmso是良溶剂即可以溶解钙钛矿的溶剂。在钙钛矿薄膜上旋涂反溶剂氯苯，可以促进dmf和dmso溶剂的挥发，推动钙钛矿晶体形核和生长，实现快速成膜。
19、在步骤5)中，所述c60本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种有机溶剂处理改善钙钛矿太阳能电池界面的方法，其特征在于，先制备PTAA空穴传输层，然后采用有机溶剂处理PTAA薄膜，所述有机溶剂与PTAA具有合适的汉森溶解度参数，PTAA在有机溶剂中的汉森溶解度参数δt为：δt2＝δd2+δp2+δh2，且满足δd为7.5±0.5MPa0.5，δp为3.5±1MPa0.5，δh为6±1MPa0.5；处理方法为旋涂法或浸泡法，再进行退火处理。
2.如权利要求1所述的一种有机溶剂处理改善钙钛矿太阳能电池界面的方法，其特征在于，所述有机溶剂为乙二醇单甲醚、二乙二醇甲醚中的任意一种。
3.如权利要求1所述的一种有机溶剂处理改善钙钛矿太阳能电池界面的方法，其特征在于，所述旋涂法的旋涂速度为4000～6000rmp，旋涂时间为10～30s；所述浸泡法为将整片PTAA浸入有机溶剂中，浸泡10～50s。
4.如权利要求1所述的一种有机溶剂处理改善钙钛矿太阳能电池界面的方法，其特征在于，所述退火处理为100～120℃退火5～10min。
5.如权利要求1所述的一种有机溶剂处理改善钙钛矿太阳能电池界面的方法，
6.如权利要求1所述的一种有机溶剂处理改善钙钛矿太阳能电池界面的方法，其特征在于，在步骤2)中，所述PTAA氯苯溶液浓度为2～3mg/mL；所述旋涂速度为3000～6000rmp，旋涂时间为20～40s；所述退火温度为50～100℃，退火时间为10～15min。
7.如权利要求1-6任意一项所述的一种有机溶剂处理改善钙钛矿太阳能电池界面的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤1)中，所述钙钛矿组分为(FA0.98MA0.02)0.95Cs0.05Pb(I0.98Br0.02)3，浓度为1.5～1.8mol/L。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤2)中，所述C60的蒸镀速率为0.005～0.2nm/s，蒸镀温度为500～580℃，蒸镀时间为15～20min，薄膜厚度为15～30nm；在步骤3)中，所述BCP异丙醇溶液浓度为0.2～0.6mg/mL，所述旋涂速度为3000～6000rmp，旋涂时间为10～30s。
10.权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤4)中，所述金属电极为Au或Ag，所述蒸镀速率为0.005～0.2nm/s，蒸镀温度为900～1000℃，蒸镀时间为20～30min，电极厚度为60～90nm。
...【技术特征摘要】
1.一种有机溶剂处理改善钙钛矿太阳能电池界面的方法，其特征在于，先制备ptaa空穴传输层，然后采用有机溶剂处理ptaa薄膜，所述有机溶剂与ptaa具有合适的汉森溶解度参数，ptaa在有机溶剂中的汉森溶解度参数δt为：δt2＝δd2+δp2+δh2，且满足δd为7.5±0.5mpa0.5，δp为3.5±1mpa0.5，δh为6±1mpa0.5；处理方法为旋涂法或浸泡法，再进行退火处理。
2.如权利要求1所述的一种有机溶剂处理改善钙钛矿太阳能电池界面的方法，其特征在于，所述有机溶剂为乙二醇单甲醚、二乙二醇甲醚中的任意一种。
3.如权利要求1所述的一种有机溶剂处理改善钙钛矿太阳能电池界面的方法，其特征在于，所述旋涂法的旋涂速度为4000～6000rmp，旋涂时间为10～30s；所述浸泡法为将整片ptaa浸入有机溶剂中，浸泡10～50s。
4.如权利要求1所述的一种有机溶剂处理改善钙钛矿太阳能电池界面的方法，其特征在于，所述退火处理为100～120℃退火5～10min。
5.如权利要求1所述的一种有机溶剂处理改善钙钛矿太阳能电池界面的方法，其特征在于，所述制备ptaa空穴传输层包括如下步骤：
6.如权利要求1所述的一种有机溶剂处理...
【专利技术属性】
技术研发人员：张金宝，杨丽，王乾坤，唐定，车雨亮，
申请(专利权)人：厦门大学，
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。