CN108365101A - 钙钛矿太阳能电池阴极修饰方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种钙钛矿太阳能电池阴极修饰方法，在电子传输层和金属电极之间加一层聚乙烯亚胺界面修饰层，具体为，利用旋涂将聚乙烯亚胺材料沉积在电子传输层上，随后再蒸镀金属电极的阴极材料；该种钙钛矿太阳能电池阴极修饰方法，通过在电子传输层和阴极之间加一层聚乙烯亚胺界面修饰层，能够显著提高器件的填充因子。将该方法应用于钙钛矿太阳能电池器件中可以显著提升器件的能量转换效率。该方法操作简单，成本低廉，能够显著降低电子传输层和阴极间的势垒，并提升器件的能量转换效率，加一层界面修饰层具有高重复性，可稳定应用于商业化大规模生产。

Description

钙钛矿太阳能电池阴极修饰方法
技术领域
本发明涉及一种钙钛矿太阳能电池阴极修饰方法，属于光电器件领域。
背景技术
有机-无机杂化钙钛矿材料以其独特的优势吸引了广泛关注和研究，在钙钛矿太阳能电池性能的研究中，电子传输层和阴极电极之间的能级不匹配是一个重要问题，PCBM的LUMO能级(-3.9eV)与PSC常用的Ag电极的功函数4.4eV之间存在0.5eV的能级差，不利于电子的收集。其中，引入界面修饰层是一种常用且简便有效的手段，例如TiO2、LiF、PN4N、两性离子/LiF、苝酰亚胺和PFN等。有些材料价格昂贵且化学性质不稳定，如DIO，无法满足大规模工业化生产的需求等。因此，寻求一种便宜易得，应用广泛并对环境友好的界面层材料具有很重要的研究和现实意义。
上述问题是在太阳能电池阴极修饰过程中应当予以考虑并解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种钙钛矿太阳能电池阴极修饰方法，利用在电子传输层和金属电极之间加一层聚乙烯亚胺界面修饰层实现钙钛矿太阳能电池器件性能提升的方法，利用此方法可以有效改善电子传输层和金属电极之间的界面接触，操作简便、稳定性好，能够提升钙钛矿太阳能电池器件性能，解决现有技术中存在的材料价格昂贵且化学性质不稳定，无法满足大规模工业化生产的需求的问题。
本发明的技术解决方案是：
一种钙钛矿太阳能电池阴极修饰方法，在电子传输层和金属电极之间加一层聚乙烯亚胺界面修饰层，具体为，利用旋涂将聚乙烯亚胺材料沉积在电子传输层上，随后再蒸镀金属电极的阴极材料。
进一步地，聚乙烯亚胺界面修饰层采用聚乙烯亚胺溶液的浓度为0.1mg/ml-5mg/ml。
进一步地，聚乙烯亚胺界面修饰层为采用溶液或者气相沉积法制备厚度范围为0.1-10nm的界面修饰层薄膜。
进一步地，以旋涂速度为2000转/min至5000转/min将聚乙烯亚胺材料沉积在电子传输层上。
进一步地，钙钛矿太阳能电池阴极修饰方法使用于如下电池结构，电池结构包括依次设置的透明导电膜、空穴传输层、钙钛矿薄膜、电子传输层和金属电极，聚乙烯亚胺界面修饰层设于电子传输层和金属电极之间。
进一步地，在旋涂聚乙烯亚胺界面修饰层前，将覆盖有ITO的玻璃基底依次用去洗涤粉、离子水、丙酮、乙醇超声清洗15分钟，用氮气吹干备用。
本发明利用旋涂将聚乙烯亚胺材料沉积在电子传输层上。当沉积在电子传输层的界面层薄膜有良好的均匀性和覆盖性时可以减少电子传输层和阴极之间的势垒，提升器件的填充因子，最终导致器件性能的提升。本发明方法简单、制作器件成本低廉，解决了电子传输层和阴极能级不匹配的问题，提高了钙钛矿太阳能电池器件的性能。其中，利用聚乙烯亚胺溶液作为界面层，溶液的浓度从0.1mg/ml至2mg/ml。随后通过溶液法沉积在电子传输层上。
本发明的有益效果是：该种钙钛矿太阳能电池阴极修饰方法，通过在电子传输层和阴极之间加一层聚乙烯亚胺界面胺修饰层，能够显著提高器件的填充因子。将该方法应用于钙钛矿太阳能电池器件中可以显著提升器件的能量转换效率。该方法操作简单，成本低廉，能够显著降低电子传输层和阴极间的势垒，并提升器件的能量转换效率，加一层缓冲层具有高重复性，可稳定应用于商业化大规模生产。
附图说明
图1是实施例中钙钛矿太阳能电池的结构示意图。
图2是本发明实施例中不同掺杂比例对应的钙钛矿太阳能电池光电特性曲线的结构示意图。
其中：1-透明导电膜，2-空穴传输层，3-钙钛矿薄膜，4-电子传输层，5-聚乙烯亚胺界面修饰层，6-金属电极。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例
一种钙钛矿太阳能电池阴极修饰方法，在电子传输层4和金属电极6之间加一层聚乙烯亚胺界面胺修饰层5，具体为，利用旋涂将聚乙烯亚胺材料沉积在电子传输层4上，随后再蒸镀金属电极6的阴极材料。
该种钙钛矿太阳能电池阴极修饰方法，通过在电子传输层4和阴极之间加一层聚乙烯亚胺界面胺修饰层5，能够显著提高器件的填充因子。将该方法应用于钙钛矿太阳能电池器件中可以显著提升器件的能量转换效率。该方法操作简单，成本低廉，能够显著降低电子传输层4和阴极间的势垒，并提升器件的能量转换效率，加一层缓冲层具有高重复性，可稳定应用于商业化大规模生产。
将覆盖有铟锡氧化物半导体透明导电膜1ITO的玻璃基底依次用去洗涤粉、离子水、丙酮、乙醇超声清洗15分钟，用氮气吹干备用。采用旋涂法制备厚度为1nm至20nm的缓冲层。分别按5％、10％、15％的浓度配出聚乙烯亚胺溶液。旋涂速度为2000转每分钟至5000转每分钟。甩完之后转入蒸发仪蒸镀阴极。
表1汇总不同掺杂比例下钙钛矿太阳能电池器件的各项性能参数汇总
如图1，本实施例中采用的太阳能电池器件的结构为：铟锡氧化物半导体透明导电膜1/3，4-乙撑二氧噻吩单体聚合物：聚苯乙烯磺酸盐/钙钛矿/富勒烯衍生物/银电极。其中，3，4-乙撑二氧噻吩单体聚合物：聚苯乙烯磺酸盐是空穴传输材料，富勒烯衍生物是常见的电子传输材料。其制作是在透明导电膜1上依次旋涂空穴传输层2、钙钛矿薄膜3、电子传输层4、聚乙烯亚胺界面胺修饰层5。最后采用蒸镀法沉积一层厚度约100nm的银电极作为金属电极6。
图2所示为不同掺杂比例对应的钙钛矿太阳能电池光电特性曲线。图2中：
标件即对比例：无缓冲层对应器件其开路电压为0.914V，短路电流密度为19.67mA/cm2，填充因子为64.01％，能量转换效率为10.3％。
增加一层0.1mg/ml的聚乙烯亚胺溶液作为聚乙烯亚胺界面胺修饰层5后，对应器件其开路电压0.916V，短路电流密度为20.86mA/cm2，填充因子为73.81％，能量转换效率为12.12％。
增加一层0.2mg/ml的聚乙烯亚胺溶液作为聚乙烯亚胺界面胺修饰层5后，对应器件其开路电压为0.92V，短路电流密度为20.96mA/cm2，填充因子为74.39％，能量转换效率为12.34％。
增加一层0.5mg/ml的聚乙烯亚胺溶液作为聚乙烯亚胺界面胺修饰层5后，对应器件其开路电压为0.93V，短路电流密度为20.94mA/cm2，填充因子为74.34％，能量转换效率为12.61％。
增加一层1mg/ml的聚乙烯亚胺溶液作为聚乙烯亚胺界面胺修饰层5后，对应器件其开路电压为0.90V，短路电流密度为19.97mA/cm2，填充因子为77.15％，能量转换效率为11.91％。
增加一层1.5mg/ml的聚乙烯亚胺溶液作为聚乙烯亚胺界面胺修饰层5后，对应器件其开路电压为0.94V，短路电流密度为22.43mA/cm2，填充因子为75.93％，能量转换效率为13.04％。
增加一层2mg/ml的聚乙烯亚胺溶液作为聚乙烯亚胺界面胺修饰层5后，对应器件其开路电压为0.90V，短路电流密度为22.55mA/cm2，填充因子为74.57％，能量转换效率为12.1％。
由图2可以看出，采用对电子传输层4和电极间加入缓冲层后，电池性能得到大幅提高，说明了由聚乙烯亚胺溶液加入到电子传输层4和电极之间后形成的钙钛矿太阳能电池器件性能优越。
尽管结合优选实施例对本发明进行了说明，但本发明并不局限于上述实施例和附图，应当理解，在本发明构思的引导下，本领域技术人员可进行各种修改和改进，所附权利要求概括了本发明的范围。

Claims (6)

1.一种钙钛矿太阳能电池阴极修饰方法，其特征在于：在电子传输层和金属电极之间加一层聚乙烯亚胺界面修饰层，具体为，利用旋涂将聚乙烯亚胺材料沉积在电子传输层上，随后再蒸镀金属电极的阴极材料。
2.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池阴极修饰方法，其特征在于：聚乙烯亚胺界面修饰层采用聚乙烯亚胺溶液的浓度为0.1mg/ml-5mg/ml。
3.如权利要求2所述的钙钛矿太阳能电池阴极修饰方法，其特征在于：聚乙烯亚胺界面修饰层为采用溶液或者气相沉积法制备厚度范围为0.1-10nm的界面修饰层薄膜。
4.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池阴极修饰方法，其特征在于：以旋涂速度为2000转/min至5000转/min将聚乙烯亚胺材料沉积在电子传输层上。
5.如权利要求1-4任一项所述的钙钛矿太阳能电池阴极修饰方法，其特征在于：钙钛矿太阳能电池阴极修饰方法使用于如下电池结构，电池结构包括依次设置的透明导电膜、空穴传输层、钙钛矿薄膜、电子传输层和金属电极，聚乙烯亚胺界面修饰层设于电子传输层和金属电极之间。
6.如权利要求5所述的钙钛矿太阳能电池阴极修饰方法，其特征在于：在旋涂聚乙烯亚胺界面修饰层前，将覆盖有铟锡氧化物半导体透明导电膜ITO的玻璃基底依次用去洗涤粉、离子水、丙酮、乙醇超声清洗15分钟，用氮气吹干备用。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110459681A (zh) * 2019-07-31 2019-11-15 青岛大学 基于聚乙烯亚胺修饰的氧化锌电子传输层构建柔性结构的聚合物太阳能电池及其制备方法
CN111154098A (zh) * 2020-01-02 2020-05-15 湘潭大学 聚电解质及其制备方法与应用
CN113481485A (zh) * 2021-07-13 2021-10-08 南方科技大学 锡氧化物薄膜及其制备方法、太阳能电池及其制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103236464A (zh) * 2013-04-14 2013-08-07 吉林大学 聚乙烯亚胺作为界面修饰层的TiO2紫外探测器及其制备方法
CN105047821A (zh) * 2015-06-02 2015-11-11 吉林大学 基于活性层与传输层修饰的反型聚合物太阳能电池及制备方法
CN105405978A (zh) * 2015-11-02 2016-03-16 河南师范大学 一种阴极修饰型平面钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN106129251A (zh) * 2016-07-14 2016-11-16 华中科技大学 一种柔性钙钛矿电池的结构及其制备方法
CN106960908A (zh) * 2017-03-23 2017-07-18 华南师范大学 一种阴极修饰型平面钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN107293647A (zh) * 2017-06-13 2017-10-24 苏州大学 一种量子点发光二极管及其制备方法
CN107316940A (zh) * 2017-06-01 2017-11-03 苏州大学 具有光调控结构的钙钛矿薄膜及光学器件的制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103236464A (zh) * 2013-04-14 2013-08-07 吉林大学 聚乙烯亚胺作为界面修饰层的TiO2紫外探测器及其制备方法
CN105047821A (zh) * 2015-06-02 2015-11-11 吉林大学 基于活性层与传输层修饰的反型聚合物太阳能电池及制备方法
CN105405978A (zh) * 2015-11-02 2016-03-16 河南师范大学 一种阴极修饰型平面钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN106129251A (zh) * 2016-07-14 2016-11-16 华中科技大学 一种柔性钙钛矿电池的结构及其制备方法
CN106960908A (zh) * 2017-03-23 2017-07-18 华南师范大学 一种阴极修饰型平面钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN107316940A (zh) * 2017-06-01 2017-11-03 苏州大学 具有光调控结构的钙钛矿薄膜及光学器件的制备方法
CN107293647A (zh) * 2017-06-13 2017-10-24 苏州大学 一种量子点发光二极管及其制备方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110459681A (zh) * 2019-07-31 2019-11-15 青岛大学 基于聚乙烯亚胺修饰的氧化锌电子传输层构建柔性结构的聚合物太阳能电池及其制备方法
CN111154098A (zh) * 2020-01-02 2020-05-15 湘潭大学 聚电解质及其制备方法与应用
CN111154098B (zh) * 2020-01-02 2022-07-05 湘潭大学 聚电解质及其制备方法与应用
CN113481485A (zh) * 2021-07-13 2021-10-08 南方科技大学 锡氧化物薄膜及其制备方法、太阳能电池及其制备方法
CN113481485B (zh) * 2021-07-13 2023-09-05 南方科技大学 锡氧化物薄膜及其制备方法、太阳能电池及其制备方法

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