【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钙钛矿太阳能电池，涉及一种自组装单分子层的制备方法及其应用、钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
1、钙钛矿太阳能电池分为正型钙钛矿和反型钙钛矿，反型钙钛矿更适宜产业化应用。然而，当前反型钙钛矿太阳能电池中的空穴传输层主要有三种，分别是导电聚合物(pedot：pss)，金属氧化物(niox)和高分子材料(ptaa)，这三种空穴传输层存在如下不足：
2、1.导电聚合物材料具有酸性，长时间作用下会侵蚀钙钛矿材料，降低光伏组件的稳定性；
3、2.金属氧化物材料具有多种氧化态，容易与钙钛矿材料进行氧化还原反应，导致电压损失；
4、3.高分子材料与钙钛矿前驱溶液的接触角过大，这导致钙钛矿层难以均匀成膜，从而限制了反型钙钛矿太阳能电池的大面积器件制备。
5、针对上述问题，现有技术中已开发出新型自组装单分子层(sam)作为空穴传输层，但目前自组装单分子层的制备方法是旋涂法或蒸镀法。其中，旋涂法是通常通过将自组装单分子层(sam)溶解于易挥发的乙醇溶剂中，通过旋涂方式制备得到，钙钛矿前驱液在这种方式得到的自组装单分子层(sam)上的浸润性较差，导致成膜覆盖率较差，且采用单一的乙醇作为溶剂，限制了自组装单分子层(sam)在钙钛矿领域的应用场景。而采用蒸镀法获得自组装单分子层(sam)的方式，厚度与蒸镀温度难以控制，且自组装单分子层(sam)的浸润性和堆积结构的有序性也难以保障，从而限制了大面积器件的制备。
技术实现思路
1、本专利技术
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
3、一方面，本专利技术提供了一种自组装单分子层的制备方法，通过将膦酸衍生物溶解液涂覆在导电基底上，再进行退火处理后得到组装单分子层；其具体步骤如下：
4、步骤1、将膦酸衍生物溶解于混合溶剂中，搅拌均匀后得到膦酸衍生物溶解液，所述混合溶剂由乙醇和高沸点有机溶剂组成；
5、步骤2、将所述膦酸衍生物溶解液旋涂于导电基底上，再进行退火处理，得到自组装单分子层。
6、具体地，所述膦酸衍生物为含氮杂环的膦酸衍生物，可选自2pacz、dmacpa的任一种或两种组合。
7、具体地，所述导电基底为ito透明玻璃基底。
8、具体地，所述混合溶剂为乙醇(etoh)和高沸点有机溶剂组成的共混溶剂；优选地，所述高沸点有机溶剂为n，n-二甲基甲酰胺(dmf)、二甲基亚砜(dmso)、n-甲基吡咯烷酮(nmp)的任一种，所述乙醇和高沸点有机溶剂的体积比为1：(0.1～10)。
9、进一步，所述步骤1中搅拌时间为3h～12h，所述膦酸衍生物溶解液的浓度为0.05mg/ml～1mg/ml。
10、进一步，所述步骤2中旋涂转速为2000rpm～6000rpm，旋涂时间为30s～120s，优选30s～60s。
11、进一步，所述步骤2中退火处理的退火温度为100℃～150℃，退火时间为10min～50min，优选10min～20min。
12、另一方面，本专利技术还提供了一种钙钛矿太阳能电池，包括：依次层叠于导电基底之上的空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层及金属电极层；所述空穴传输层为利用如上部分或全部所述制备方法制得的自组装单分子层。
13、进一步，所述钙钛矿层由钙钛矿前驱溶液进行旋涂、退火得到；所述钙钛矿溶液的组分为cs0.05(fa0.95ma0.05)0.95pb(i0.95br0.05)3，且浓度为0.5mol/l～2.0mol/l，优选1.4mol/l～1.6mol/l。
14、进一步，所述钙钛矿前驱溶液的溶剂为n，n-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜，两者的体积比为(3～5)：1。
15、进一步，制备所述钙钛矿层时，旋涂转速为2000rpm～6000rpm，旋涂时间为40s～120s；退火温度为90℃～130℃，退火时间为20min～80min。
16、优选地，制备所述钙钛矿层时，旋涂转速为4000rpm～5000rpm，旋涂时间为40s～60s；退火温度为100℃～120℃，退火时间为40min～70min。
17、进一步，所述电子传输层为tio2、sno2、ino3、zno、pcbm、c60中的任一种或其混合物；优选地，所述电子传输层为c60，其厚度为30nm～40nm。
18、进一步，所述金属电极层为金(au)、银(ag)、铜(cu)、铝(al)中的一种或多种；优选地，所述金属电极层为银(ag)，其厚度为100nm～120nm。
19、进一步，为了减少晶体生长的缺陷和杂质，在钙钛矿层的制备过程中，钙钛矿溶液旋涂前的倒数7～10s滴加200～300μl的反溶剂，例如氯苯。
20、进一步，所述钙钛矿太阳能电池还包括空穴阻挡层。优选地，所述空穴阻挡层为bcp，其厚度为6nm～10nm。
21、此外，本专利技术还提供了上述钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
22、制备自组装单分子层：先将膦酸衍生物溶解于混合溶剂中，搅拌均匀后得到膦酸衍生物溶解液，所述混合溶剂由乙醇和高沸点有机溶剂组成；再将所述膦酸衍生物溶解液旋涂于导电基底上，再进行退火处理，得到自组装单分子层；
23、在所述自组装单分子层上制备钙钛矿层；
24、在所述钙钛矿层上制备电子传输层；
25、在所述电子传输层上制备金属电极层。
26、与现有技术相比，本专利技术提供的技术方案包括以下有益效果：
27、(1)将膦酸衍生物溶解于由乙醇和高沸点有机溶剂组成的共混溶剂中，该共混溶剂能够延长膦酸衍生物在旋涂和退火阶段溶剂的快速挥发，从而影响膦酸衍生物在基底上的自组装过程，允许膦酸衍生物和ito之间液固界面反应时间更长，得到更致密规则的自组装单分子层(sam)。
28、(2)将膦酸衍生物溶于etoh+dmf(乙醇和n，n-二甲基甲酰胺)或etoh+dmso(乙醇和二甲基亚砜)或etoh+nmp(乙醇和n-甲基吡咯烷酮)溶剂充分搅拌后旋涂，然后进行退火将溶剂挥发掉形成自组装单分子层(sam)，钙钛矿溶液在这种方法制备的自组装单分子层(sam)上的接触角减小，改善了浸润性，有利于获得均匀覆盖的高质量钙钛矿薄膜，从而获得高效率反型器件。
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1.一种自组装单分子层的制备方法，其特征在于，通过将膦酸衍生物溶解液涂覆在导电基底上，再进行退火处理后得到组装单分子层。
2.根据权利要求1所述自组装单分子层的制备方法，其特征在于，所述膦酸衍生物溶解液中所用的膦酸衍生物为含氮杂环的膦酸衍生物，且所述膦酸衍生物溶解液的浓度为0.05mg/mL～1mg/mL。
3.根据权利要求1所述自组装单分子层的制备方法，其特征在于，所述膦酸衍生物溶解液采用旋涂的方式涂覆在导电基底上，旋涂转速为2000rpm～6000rpm，旋涂时间为30s～120s；所述退火处理的退火温度为100℃～150℃，退火时间为10min～100min。
4.根据权利要求1所述自组装单分子层的制备方法，其特征在于，所述膦酸衍生物溶解液是通过将膦酸衍生物溶解于混合溶剂中，搅拌均匀后得到。
5.根据权利要求4所述自组装单分子层的制备方法，其特征在于，所述混合溶剂为乙醇和高沸点有机溶剂组成的共混溶剂，且乙醇与高沸点有机溶剂的体积比为1：(0.1～10)。
6.一种如权利要求1～5任一项所述制备方法制得的自组装单分子
7.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池包括：依次层叠于导电基底之上的空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层及金属电极层；所述空穴传输层为利用权利要求1～5任一项所述制备方法制得的自组装单分子层。
8.根据权利要求7所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿层由钙钛矿前驱溶液进行旋涂、退火得到；所述钙钛矿溶液的组分为Cs0.05(FA0.95MA0.05)0.95Pb(I0.95Br0.05)3，且浓度为1.4mol/L～1.6mol/L。
9.根据权利要求8所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，制备所述钙钛矿层时，钙钛矿前驱溶液的旋涂转速为2000rpm～6000rpm，旋涂时间为40s～120s；退火温度为90℃～130℃，退火时间为20min～80min。
10.如权利要求7～9任一项所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种自组装单分子层的制备方法，其特征在于，通过将膦酸衍生物溶解液涂覆在导电基底上，再进行退火处理后得到组装单分子层。
2.根据权利要求1所述自组装单分子层的制备方法，其特征在于，所述膦酸衍生物溶解液中所用的膦酸衍生物为含氮杂环的膦酸衍生物，且所述膦酸衍生物溶解液的浓度为0.05mg/ml～1mg/ml。
3.根据权利要求1所述自组装单分子层的制备方法，其特征在于，所述膦酸衍生物溶解液采用旋涂的方式涂覆在导电基底上，旋涂转速为2000rpm～6000rpm，旋涂时间为30s～120s；所述退火处理的退火温度为100℃～150℃，退火时间为10min～100min。
4.根据权利要求1所述自组装单分子层的制备方法，其特征在于，所述膦酸衍生物溶解液是通过将膦酸衍生物溶解于混合溶剂中，搅拌均匀后得到。
5.根据权利要求4所述自组装单分子层的制备方法，其特征在于，所述混合溶剂为乙醇和高沸点有机溶剂组成的共混溶剂，且乙醇与高沸点有机溶剂的体积比为1：(0.1～10)。
【专利技术属性】
技术研发人员：李培舟，赵长征，韩伟，
申请(专利权)人：西安天交新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：
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