CN109942800A - 带有氨基酸基团的两性离子共轭聚电解质界面材料 - Google Patents

带有氨基酸基团的两性离子共轭聚电解质界面材料 Download PDF

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Abstract

本发明的目的是提供基于噻吩的、带有氨基酸基团的两性离子共轭聚电解质界面材料；通过界面工程，用于p‑i‑n钙钛矿太阳能电池中空穴传输层的修饰；展示出在钙钛矿太阳能电池、有机太阳能电池、有机发光二极管领域中潜在而广泛的应用前景。

Description

带有氨基酸基团的两性离子共轭聚电解质界面材料
技术领域
本发明涉及带有氨基酸基团的两性离子共轭聚电解质作为界面材料，及在钙钛矿太阳能电池中的应用。
背景技术
随着能源与环境问题日益严重，太阳能作为清洁可再生能源得到越来越多的重视。作为新一代太阳能电池技术，以钙钛矿材料为光活性材料的钙钛矿太阳能电池，由于发展迅速，2013年被Science评为国际十大科技进展之一，成为目前新型太阳能电池的研究热点之一。界面材料作为功能材料之一，通过界面工程，修饰电池电极、载流子传输层、光活性层等功能层，不仅能够增强电荷的传输和收集, 同时可改善界面接触，实现高稳定性、高光电转化效率的太阳能电池。
发明内容
本发明的目的是提供基于噻吩的、带有氨基酸基团的两性离子共轭聚电解质作为界面材料在p-i-n钙钛矿太阳能电池中的应用。
本发明的特征是提供的带有氨基酸基团的两性离子共轭聚电解质，其结构通式如下式所示，
其中y = 1-8
本发明的另一特征是带有氨基酸基团的两性离子共轭聚电解质在p-i-n钙钛矿太阳能电池中的应用。
附图说明
结合如下附图及详细描述将会更清楚地理解本发明的上述和其它特征及优点，其中：
图1 材料POWT的甲醇溶液与薄膜的UV-vis吸收光谱图；
图2 （左）PEDOT:PSS薄膜的水接触角与（右）POWT薄膜的水接触角；
图3 钙钛矿太阳能电池电流密度/电压（J sc /V oc ）曲线图。
具体实施方案
实施案例：
下面对本发明的优选实施案例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，以聚合物POWT（y = 1）为例。
POWT材料的性能表征：
POWT可溶解在极性溶剂中，在410 nm有强的吸收，薄膜的吸收略有红移，为415 nm（图1）。薄膜表面疏水性是用表面水接触角（图2）进行表征的。测试发现POWT的疏水性较强，水接触角为53.7°，而空穴传输材料PEDOT:PSS薄膜的表面接触角为24.5°，意味着用POWT修饰PEDOT:PSS层，增加了表面的疏水性，这样有助于亲水性钙钛矿材料的沉积，提高薄膜质量。
钙钛矿太阳能电池的制备与表征：
（1）1.5 cm x 1.5 cm的ITO基片在去离子水中超声两遍，然后在丙酮和异丙醇中各超声一遍，用氮气枪吹干，放入紫外−臭氧仪器中处理 15 min。
（2）电池ITO/PEDOT:PSS/POWT/FA0.2MA0.8PbI2.9Br0.1/C60/BCP/Ag的制备：
先将PEDOT:PSS旋涂到处理过的ITO基片上，在120 ℃的条件下退火20 min；然后将POWT的甲醇/水的溶液旋涂到PEDOT:PSS薄膜上面，在100 ℃的条件下退火20 min；再把配置好的PbI2、MABr、MAI和FAI的GBL/DMSO的混合溶液旋涂到ITO/PEDOT:PSS/POWT上面，在60℃的条件下退火30 s、100 ℃的条件下退火30 s；最后将C60、BCP缓冲层以及Ag电极蒸镀上去。
（3）电池性能测试：
使用Keithley2400对器件进行性能测试：在模拟的AM 1.5G的太阳光照射条件下（光强度为100 mW/cm2）可获得光电流密度/电压曲线，扫描速率50 mV/S。
测试发现，含有界面材料POWT的电池ITO/PEDOT:PSS/POWT/FA0.2MA0.8PbI2.9Br0.1//C60/BCP/Ag，电压正扫与反扫得到电流几乎可以重合，没有回滞现象。其中，反扫得到开路电压（V oc ）为0.94 V、短路电流密度为（J sc ）为20.33 mA cm-2，填充因子（FF）为74.47%、光电转化效率为14.24%。

Claims (3)

1.带有氨基酸基团的两性离子共轭聚电解质，所述两性离子共轭聚电解质的结构式为：
其中y = 1-8
其特征在于：所述两性离子共轭聚电解质用于钙钛矿太阳能电池中修饰空穴传输层的界面材料。
2.根据权利要求1所述用于界面材料的带有氨基酸基团的两性离子共轭聚电解质，其特征在于：所述两性离子共轭聚电解质用于p-i-n钙钛矿太阳能电池中修饰空穴传输层的界面材料的方法包括：
先将空穴传输材料PEDOT:PSS旋涂到处理过的ITO基片上，在120 ℃的条件下退火20min；然后将两性离子共轭聚电解质的甲醇/水的溶液旋涂到PEDOT:PSS薄膜上面，在100 ℃的条件下退火20 min；再把配置好的PbI2、MABr、MAI和FAI的GBL/DMSO的混合溶液旋涂到ITO/PEDOT:PSS/两性离子共轭聚电解质上面，在60 ℃的条件下退火30 s、100 ℃的条件下退火30 s；最后将C60、BCP缓冲层以及Ag电极蒸镀上去。
3.根据权利要求1所述用于界面材料的带有氨基酸基团的两性离子共轭聚电解质，其特征在于：所述两性离子共轭聚电解质作为界面材料在钙钛矿太阳能电池、有机太阳能电池、有机发光二极管、有机薄膜晶体管中的应用。
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