CN108682702A - 一种光电器件用复合空穴传输层材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光电器件用复合空穴传输层材料及其制备方法。针对现有商用的单一组分的空穴传输层材料的不足，本法发明提供一种光电器件用复合空穴传输层材料及其制备方法。本发明使用两种或者两种以上单一组分的空穴传输层材料制备出复合的空穴传输层材料，该复合空穴传输层材料其具备极好的空穴传导性能，可大大提升相应光电器件如钙钛矿太阳能电池的效率，使用该材料的钙钛矿太阳能电池最高效率可达23％。此外，可以弥补单一组分空穴传输层材料稳定性不足的问题，大大提高相应器件的光热条件下的稳定性，在85℃加热的条件下，1000小时后可保持其原有效率的90％以上；本发明的复合空穴传输层材料可广泛应用于钙钛矿太阳能电池，有机太阳能电池，有机发光二极管等光电器件领域。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种光电器件用复合空穴传输层材料及其制备方法。
背景技术
空穴传输层材料是众多光电器件如钙钛矿太阳能电池、发光二极管、有机场效应晶体管的重要组分之一，其性质的好坏在很大程度上影响光电器件的性能和长期稳定性。其中有机无机杂化钙钛矿太阳能电池是近些年发展出的一种具有高效率、低成本的新型太阳能电池，提升其效率和稳定性是其当前面临的极为迫切的需求。高的效率和稳定性有利于大大降低其成本，而空穴传输层是限制其效率和稳定性的重要因素。
目前已有一些小分子、高分子或者无机的空穴传输层材料得到应用，如2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-MeOTAD)，聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)，CuSCN，CuI等等。但目前来看单一组分的空穴传输层其效率和稳定性都不佳，难以满足商业化光电器件如钙钛矿太阳能电池、发光二极管的要求。
发明内容
本发明即是针对现有商用的单一组分的空穴传输层材料的不足及当前迫切的提升光电器件效率和稳定性的要求，提供一种光电器件用复合空穴传输层材料及其制备方法。
本发明使用两种或者两种以上单一组分的空穴传输层材料以一定比例混合制备出复合的空穴传输层材料，可以大大的提升光电器件如钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。
本发明的目的是提供一种光电器件用复合空穴传输层材料及其制备方法，其包括如下的步骤：
(1)步骤一，称取一定质量的2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-MeOTAD))、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]、CuSCN、CuI；
(2)步骤二，如步骤一将称取好的单一组分的空穴传输层固体粉末混合均匀；
(3)步骤三，将混合均匀的复合空穴传输层材料粉末溶解于氯苯、硫醇等非极性溶剂；
(4)步骤四，向溶解完全的复合空穴传输层材料的溶液中加入锂盐、叔丁基吡啶等添加剂。
步骤一中使用的四种原料[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-MeOTAD))、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]、CuSCN、CuI其纯度都在99％以上。
步骤一种使用的聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]为一种高分子化合物，其分子量在10000-1000000之间。
该光电器件用复合空穴传输层材料，其任意一种单一组分的质量占总质量的比例介于0.1％-99％之间。
该光电器件用复合空穴传输层材料在直接使用前需将其溶解在非极性溶剂如氯苯，硫醇中，其浓度为1-200mg/mL。
基于该复合空穴传输层材料的光电器件如太阳能电池在制备该层材料的薄膜时，可采用旋涂、喷涂等工艺。
本发明的一种光电器件用复合空穴传输层材料及其制备方法，具有以下的优点：本发明的复合空穴传输层材料其具备极好的空穴传导性能，可大大提升相应光电器件如钙钛矿太阳能电池的效率，如使用该材料的钙钛矿太阳能电池最高效率可达23％。可以弥补单一组分空穴传输层材料稳定性不足的问题，大大提高相应器件的光热条件下的稳定性其具备良好的热稳定性，在85℃加热的条件下，1000小时后组件仍可保持其原有效率的90％以上；本发明所述的复合空穴传输层材料可广泛应用于钙钛矿太阳能电池，有机太阳能电池，有机发光二极管等光电器件领域。
附图说明
图1是本发明实施例一的复合空穴传输层材料固体粉末的制备及其使用其配制的溶液的示意图；
图2是本发明实施例二的单一组分的空穴传输层材料固体粉末及单一组分的溶液，将单一组分的溶液以一定体积比混合制备的复合空穴传输层的溶液的示意图；
图3是本发明实施例三的使用该复合空穴传输层材料及其溶液制备的钙钛矿太阳能电池性能测试结果曲线图；
图4是本发明实施例四的使用该类型复合空穴传输层材料制备的钙钛矿太阳能电池在加热老化测试中长期稳定性性能对比曲线区。
具体实施方式
以下结合具体的实施方式，对本发明申请所述的一种新型的光电器件用复合空穴传输层材料及其制备方法进行描述，目的是为了公众更好的理解所述的技术内容，而不是对所述技术内容的限制，事实上，在以相同或近似的原理对所述复合材料及其制备方法进行的改进，都在本发明申请所要求保护的技术方案之内。
实施例一
称取40mg 2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-MeOTAD))固体粉末，称取20mg聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺])固体粉末，将两种粉末均匀混合即形成复合空穴传输层材料的固体粉末，将其溶于1mL的氯苯中，加入少量锂盐的乙腈溶液，再加入少量的叔丁基吡啶，搅拌均匀即可形成可直接使用的复合空穴传输层材料的溶液。
图1是一种光电器件用复合空穴传输层材料及其制备方法的具体流程图及实物。配置成可以直接使用的该类型传输层材料可以有两类实施方案，图一是其中一种实施方案，先将原料固体粉末按照所需质量比称好混合后，再使用相应的溶剂溶解并加入添加剂。
实施例二
称取40mg 2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-MeOTAD))固体粉末，将其溶于1mL的氯苯中，加入少量锂盐的乙腈溶液，再加入少量的叔丁基吡啶，搅拌均匀，形成组分一溶液。称取20mg聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺])固体粉末，将两种粉末均匀混合即形成复合空穴传输层材料的固体粉末，将其溶于1mL的氯苯中，加入少量锂盐的乙腈溶液，再加入少量的叔丁基吡啶，形成组分二溶液。将组分一和组分二溶液以一比一的体积比混合搅拌均匀即可形成可直接使用的复合空穴传输层材料的溶液。
图2是本发明所述的制备该复合空穴传输层的溶液的流程图。制备可以直接使用的该类型传输层材料的溶液可以有两种实施方案，图2是另一种实施方案。先将原料固体粉末溶解于对应溶剂中，加入添加剂，按一定比例移取各组分的溶液混合，搅拌均匀即可。两种实施方案制备出的复合空穴传输层溶液无本质区别。
实施例三
称取40mg 2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-MeOTAD))固体粉末，称取20mg聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺])固体粉末，将两种粉末均匀混合即形成复合空穴传输层材料的固体粉末，将其溶于1mL的氯苯中，加入少量锂盐的乙腈溶液，再加入少量的叔丁基吡啶，搅拌均匀配制成可直接使用的复合空穴传输层材料的溶液。预先制备钙钛矿材料的半电池，其结构为玻璃/导电基底/二氧化锡/钙钛矿活性层，利用旋涂工艺，在3000转/分的条件下，将配制好的复合空穴传输层材料的溶液在钙钛矿活性层上制备成复合空穴传输层材料的薄膜，通过蒸镀等工艺在该活性层上制备金属电极，测试使用该复合空穴传输层材料的钙钛矿太阳能电池的效率。
图3是使用该复合空穴传输层制备的钙钛矿太阳能器件的光电转化性能测试曲线。器件性能测试方法是：放置在一个标准太阳光下通过对电压-电流曲线扫描。如结果最好器件的光电转化效率可达23.04％，这是很高的光电转换效率。
实施例四
称取不同质量的2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-MeOTAD))固体粉末，称取不同质量的聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺])固体粉末，将两种粉末以一定比例均匀混合即形成复合空穴传输层材料的固体粉末，将其溶于1mL的氯苯中，加入少量锂盐的乙腈溶液，再加入少量的叔丁基吡啶，搅拌均匀配制成可直接使用的复合空穴传输层材料的溶液。预先制备钙钛矿材料的半电池，其结构为玻璃/导电基底/二氧化锡/钙钛矿活性层，利用旋涂工艺，在3000转/分的条件下，将配制好的复合空穴传输层材料的溶液在钙钛矿活性层上制备成复合空穴传输层材料的薄膜，通过蒸镀等工艺在该活性层上制备金属电极，将制备好的电池放置于85℃的热台上，连续测试钙钛矿太阳能电池的效率，分析其耐老化性能。
图4是使用该复合空穴传输层制备的钙钛矿太阳能器件的热稳定性测试测试曲线。器件性能测试方法是：放置在一个标准太阳光下通过对电压-电流曲线扫描。结果表明，不同组成的器件热稳定性不一样，最好的器件在连续放置于85℃的热台上1000小时后仍可保持原有效率的90％左右，展现出了非常好的热稳定性。
上述实施实例结合附图对本发明进行了描述，本发明的具体实施不受上述实例的限制，基于上述发明所进行的非本质性的改动仍属于该发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种光电器件用复合空穴传输层材料，其特征在于：含有该复合空穴传输层材料的溶液可通过旋涂或者喷涂工艺用于所述光电器件，所述溶液为复合空穴传输层材料溶液中加入锂盐和叔丁基吡啶制成，其中，所述复合空穴传输层材料溶液为所述复合空穴传输层材料溶解于氯苯、甲苯或硫醇溶剂后制成，该复合空穴传输层材料含有按比例预先混合的两种或两种以上的单一组分，所述单一组分从2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-MeOTAD))、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]、CuSCN和CuI中选取。
2.如权利要求1所述的一种光电器件用复合空穴传输层材料，其特征在于，所述2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-MeOTAD))、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]、CuSCN和CuI的纯度均在99％以上。
3.如权利要求1所述的一种光电器件用复合空穴传输层材料，其特征在于，所述聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]为高分子化合物，其分子量在10000-1000000之间。
4.如权利要求1所述的一种光电器件用复合空穴传输层材料，其特征在于，所述复合空穴传输层材料含有的两种或两种以上的单一组分中任意一种单一组分的质量占所述复合空穴传输层材料总质量的比例介于0.1％-99％之间。
5.如权利要求1所述的一种光电器件用复合空穴传输层材料，其特征在于，使用该复合空穴传输层材料制备光电器件之前，需将其溶解在氯苯、甲苯或者硫醇中，其浓度为1-200mg/mL。
6.一种光电器件用复合空穴传输层材料溶液的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)步骤一，分别称取两种或两种以上的一定质量的单一组分，该单一组分从2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-MeOTAD))、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]、CuSCN和CuI中选取；
(2)步骤二，将称取的所述两种或两种以上的单一组分混合均匀，制备复合空穴传输层材料固体粉末；
(3)步骤三，将所述复合空穴传输层材料固体粉末溶解于氯苯、甲苯或者硫醇溶剂中，制备空穴传输层材料溶液；
(4)步骤四，向溶解完全的所述空穴传输层材料溶液中加入锂盐和叔丁基吡啶，制备得到所述复合空穴传输层材料溶液。
7.一种光电器件用复合空穴传输层材料溶液的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)步骤一，分别称取两种或两种以上的一定质量的单一组分，该单一组分从2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-MeOTAD))、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]、CuSCN和CuI中选取；
(2)步骤二，将称取的所述两种或两种以上的单一组分分别溶解于氯苯、甲苯或硫醇溶剂中预制成两种或两种以上的溶液；
(3)步骤三，将预制的所述两种或两种以上的溶液按一定的体积比混合，制备成混合溶液；
(4)步骤四，向将制备的所述混合溶液中加入锂盐和叔丁基吡啶，制备得到所述复合空穴传输层材料溶液。
8.一种光电器件用复合空穴传输层材料溶液，其特征在于，该复合空穴传输层材料溶液通过权利要求6或7所述的方法制备。
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2018
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