CN110649165A - 一种以四苯基联苯二胺衍生物为空穴传输材料的钙钛矿电池 - Google Patents
一种以四苯基联苯二胺衍生物为空穴传输材料的钙钛矿电池 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110649165A CN110649165A CN201910269097.9A CN201910269097A CN110649165A CN 110649165 A CN110649165 A CN 110649165A CN 201910269097 A CN201910269097 A CN 201910269097A CN 110649165 A CN110649165 A CN 110649165A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- hole transport
- perovskite
- transport layer
- derivative
- solar cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 title claims abstract description 43
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 29
- QOAKZMPGGQBMFN-UHFFFAOYSA-N 3,4,5-triphenyl-6-(2-phenylphenyl)benzene-1,2-diamine Chemical class C=1C=CC=CC=1C=1C(C=2C=CC=CC=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C(N)=C(N)C=1C1=CC=CC=C1C1=CC=CC=C1 QOAKZMPGGQBMFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 12
- JULFJTZPJNNMQK-UHFFFAOYSA-N 1,2,3,4,5-pentakis-phenylbenzene Chemical group C1=CC=CC=C1C(C(=C1C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC=CC=2)=CC(C=2C=CC=CC=2)=C1C1=CC=CC=C1 JULFJTZPJNNMQK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 125000000956 methoxy group Chemical group [H]C([H])([H])O* 0.000 claims abstract description 6
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 claims abstract description 5
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 44
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 13
- MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N chlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1 MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 11
- DCZNSJVFOQPSRV-UHFFFAOYSA-N n,n-diphenyl-4-[4-(n-phenylanilino)phenyl]aniline Chemical class C1=CC=CC=C1N(C=1C=CC(=CC=1)C=1C=CC(=CC=1)N(C=1C=CC=CC=1)C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 DCZNSJVFOQPSRV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 10
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 9
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 6
- MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N [60]pcbm Chemical compound C123C(C4=C5C6=C7C8=C9C%10=C%11C%12=C%13C%14=C%15C%16=C%17C%18=C(C=%19C=%20C%18=C%18C%16=C%13C%13=C%11C9=C9C7=C(C=%20C9=C%13%18)C(C7=%19)=C96)C6=C%11C%17=C%15C%13=C%15C%14=C%12C%12=C%10C%10=C85)=C9C7=C6C2=C%11C%13=C2C%15=C%12C%10=C4C23C1(CCCC(=O)OC)C1=CC=CC=C1 MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- UOKRBSXOBUKDGE-UHFFFAOYSA-N butylphosphonic acid Chemical compound CCCCP(O)(O)=O UOKRBSXOBUKDGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- UEZVMMHDMIWARA-UHFFFAOYSA-M phosphonate Chemical compound [O-]P(=O)=O UEZVMMHDMIWARA-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical class C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 3
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 claims description 3
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000000861 blow drying Methods 0.000 claims description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 abstract description 15
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 4
- ABLZXFCXXLZCGV-UHFFFAOYSA-N Phosphorous acid Chemical group OP(O)=O ABLZXFCXXLZCGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 41
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 19
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- 239000010408 film Substances 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 239000013072 incoming material Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 229920001167 Poly(triaryl amine) Polymers 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 125000004172 4-methoxyphenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C(OC([H])([H])[H])=C([H])C([H])=C1* 0.000 description 1
- 101001102158 Homo sapiens Phosphatidylserine synthase 1 Proteins 0.000 description 1
- 239000002879 Lewis base Substances 0.000 description 1
- 102100039298 Phosphatidylserine synthase 1 Human genes 0.000 description 1
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001408 amides Chemical class 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- DMBHHRLKUKUOEG-UHFFFAOYSA-N diphenylamine Chemical class C=1C=CC=CC=1NC1=CC=CC=C1 DMBHHRLKUKUOEG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004770 highest occupied molecular orbital Methods 0.000 description 1
- 150000007527 lewis bases Chemical class 0.000 description 1
- 238000004768 lowest unoccupied molecular orbital Methods 0.000 description 1
- -1 methoxyl groups Chemical group 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/30—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising bulk heterojunctions, e.g. interpenetrating networks of donor and acceptor material domains
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/80—Constructional details
- H10K30/88—Passivation; Containers; Encapsulations
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
- H10K71/10—Deposition of organic active material
- H10K71/12—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
- H10K85/631—Amine compounds having at least two aryl rest on at least one amine-nitrogen atom, e.g. triphenylamine
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明涉及一种以四苯基联苯二胺衍生物为空穴传输材料的钙钛矿太阳能电池，该电池采用p‑i‑n结构，包括ITO玻璃、空穴输运层、钙钛矿结构吸收层、电子输运层、背电极，所述空穴传输层所采用的空穴传输材料为四苯基联苯胺衍生物，其外围四个苯环已经被甲氧基和膦酸根官能团化，可与ITO形成牢固的化学键，且有效钝化与钙钛矿接触的界面缺陷；同时采用精确控制含水量和特定气氛退火的条件下制备了高质量的钙钛矿薄膜，得到了性能优异的钙钛矿太阳能电池器件。
Description
技术领域
本发明涉及一种以四苯基联苯二胺衍生物为空穴传输材料的钙钛矿太阳能电池，属于太阳能光伏制造技术领域。
背景技术
自2009年有机无机杂化卤化物钙钛矿材料用于太阳能光伏电池以来，其转换效率快速提高，目前实验室小面积效率已经超过23%，显示出了区别于常规晶硅和薄膜电池的巨大发展潜力。按照受光的先后顺序，常规的钙钛矿电池通常为n-i-p结构，依次包括TCO导电衬底、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层、背电极，n-i-p结构器件存在一些问题，例如其电子传输层通常采用致密的TiO2，其制备过程需要经过高温加热，不利于制备柔性器件；器件的电压电流存在回滞现象；空穴传输层材料较昂贵且不稳定、背电极需要Au或Ag等贵金属。因此，科技人员又开发了p-i-n结构的钙钛矿电池器件，依次包括TCO导电衬底、空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层、背电极，其中空穴传输层采用的空穴传输材料通常选择PEDOT：PSS或PTAA，然而PEDOT：PSS具有一定的吸湿性和酸性，对器件的稳定性不利，PTAA昂贵、在可见光短波处有吸收且受后续工序的影响较大。为了提高p-i-n钙钛矿电池的性能，一方面需要选择合适的空穴传输材料，既需要完全覆盖并与TCO衬底结合牢固，否则器件开路电压降低；厚度也不能太厚，否则自身吸收大影响透过率；还需要其能级与钙钛矿和TCO相匹配、具有高效的空穴抽取和传输能力等；另一方面，钙钛矿吸收层薄膜的制备质量要高，需要晶粒大、缺陷低，从而提高光电转换效率。
发明内容
本发明的目的在于选择合适的空穴传输材料，通过精心设计的制备步骤制作出高性能高质量的钙钛矿太阳能电池。
本方案的技术方案如下：一种以四苯基联苯二胺衍生物为空穴传输材料的钙钛矿太阳能电池，该电池采用p-i-n结构，包括ITO玻璃、空穴传输层、钙钛矿结构吸收层、电子输运层、背电极，所述空穴传输层所采用的空穴传输材料为四苯基联苯胺衍生物，其外围四个苯环已经被甲氧基和膦酸根官能团化，其分子结构式为：
所述钙钛矿结构吸收层为CH3NH3PbI3，电子输运层为掺杂富勒烯衍生物PCBM，电池的制备步骤如下：
第一步、ITO玻璃清洗：以ITO玻璃为衬底，依次采用去离子水、丙酮、异丙醇分别超声清洗3-5min，用氮气吹干，然后进行臭氧等离子体清洗5-10min，备用；
第二步、空穴传输层生长：将第一步所得样品浸入到0.001mol/L的四苯基联苯胺衍生物和正丁基膦酸混合的四氢呋喃/乙醇（体积比1:1）溶液中静置20h，取出140℃退火1h，然后用去离子水冲洗；
第三步、钙钛矿吸收层制备：将第二步得到的样品预热到100℃，在2000rpm转速下旋涂滴加85℃的1mol/L的PbI2/二甲基甲酰胺/水前驱体溶液30s，静置1min；接着在2000rpm转速下旋涂滴加80℃的0.5mol/L的CH3NH3I/异丙醇/水前驱体溶液20s，静置1min；然后保持衬底温度60℃在DMF气氛下退火10min，接着加热衬底温度到100℃在大气气氛下退火10min，得到钙钛矿吸收层；
第四步、电子输运层制备：将第三步得到的样品在1000rpm转速下旋涂滴加2%质量分数的PCBM氯苯溶液30s，然后在氯苯气氛下静置12h；
第五步、背电极沉积：采用电子束蒸发的方法钙钛矿吸收层上沉积铜薄膜背电极，得到钙钛矿太阳能电池。
进一步的，所述第二步中四苯基联苯胺衍生物和正丁基膦酸的物质的量之比为1:10。
进一步的，所述第三步中PbI2/二甲基甲酰胺/水前驱体溶液中，相对于二甲基甲酰胺，水的质量分数为2%。
进一步的，所述第三步中CH3NH3I/异丙醇/水前驱体溶液中，相对于异丙醇，水的体积分数为0.5%。
本发明的有益效果：本发明采用被膦酸根和甲氧基官能团化的四苯基联苯胺衍生物在ITO表面上制备空穴传输层，制备生长条件温和，一方面膦酸根官能团与ITO表面的氧原子可形成牢固的P-O化学键，四苯基联苯胺衍生物的大共轭体系可以对空穴进行有效的抽取和传输，从而使得空穴传输材料以最小的用量和厚度即可达到对ITO的全面均匀覆盖，节省材料用量，把自身对入射光的吸收降到最小，且空穴材料与ITO之间通过P-O共价键的形式结合非常牢固，几乎不受后续制备钙钛矿吸收层时所使用的溶剂影响；另一方面甲氧基官能团的存在，除了提供电子与自身苯环大π键组成共轭体系之外，作为路易斯碱还直接与钙钛矿接触，增加抽取来自钙钛矿的空穴的能力，同时有效钝化钙钛矿层与空穴传输层界面之间的缺陷中心，降低空穴复合机会。作为空穴传输材料，相对于钙钛矿来说其较浅的HOMO和LUMO能级使其有利于空穴的传输而抑制电子的输运，有利于电池器件性能提升。
在制备钙钛矿吸收层时采用两步法，首先采用PbI2的二甲基甲酰胺溶液并控制含水量来制备PbI2薄膜，然后再采用CH3NH3I的异丙醇溶液并控制含水量来生长CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜，由于对含水量的精确控制，少量的水有利于CH3NH3I向PbI2薄膜的穿透，从而有利于CH3NH3PbI3钙钛矿晶粒的长大，使得钙钛矿薄膜中多晶颗粒的直径达到微米量级；同时通过在二甲基甲酰胺气氛下的退火，使得多晶颗粒之间的间隙变小，钙钛矿薄膜表面变得更加平整光滑，从而对电池器件光电性能的提高有极大的促进作用。
附图说明
图1 空穴传输层与ITO表面化学键合示意图。
图2不含水溶液制备的钙钛矿薄膜的SEM。
图3特定水分含量溶液制备的钙钛矿薄膜的SEM。
图4特定气氛下退火的钙钛矿薄膜的SEM。
图5 器件的平均IV曲线测试图。
图6 器件的外量子效率谱。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来具体说明本发明的技术方案。
实施例：
一种以四苯基联二苯胺衍生物为空穴传输材料的钙钛矿太阳能电池，该电池采用p-i-n结构，从阳光入射侧开始依次包括ITO玻璃、空穴输运层、钙钛矿结构吸收层、电子输运层、背电极。制备步骤如下：
第一步、ITO玻璃清洗：
将来料ITO玻璃切割为10cm*10cm，方块电阻为10Ω，依次采用去离子水、丙酮、异丙醇分别超声清洗5min，用氮气吹干，然后对ITO面进行臭氧等离子体清洗10min，备用。
第二步、空穴传输层生长：
（1）空穴输运层材料的选择：空穴输运层的材料为四苯基联苯二胺衍生物，其外围四个苯环已经被甲氧基和膦酸根官能团化，系统命名为N,N′-二(对甲氧基苯基) -N,N′-二（对亚甲基膦酸）-1,1′-联苯-4,4′-二胺，其分子结构式为：
（2）空穴输运层的生长：将第一步所得样品浸入到0.001mol/L的四苯基联苯胺衍生物和正丁基膦酸混合（物质的量之比1:10）的四氢呋喃/乙醇（体积比1:1）溶液中静置20h，取出140℃退火1h，然后用去离子水冲洗；，即在ITO表面生长了2-3nm厚度的空穴输运层，其化学反应键合机理示意图如图1所示。四苯基联苯胺衍生物中的膦酸根与ITO表面生成了牢固的P-O化学键，可形成分子单层吸附，厚度约2nm。
第三步、钙钛矿吸收层制备：将第二步得到的样品预热到100℃，在2000rpm转速下旋涂滴加85℃的1mol/L的PbI2/二甲基甲酰胺/水前驱体溶液30s，静置1min，其中相对于二甲基甲酰胺，溶液中水的质量分数为2%；接着在2000rpm转速下旋涂滴加80℃的0.5mol/L的CH3NH3I/异丙醇/水前驱体溶液20s，静置1min，其中相对于异丙醇，溶液中水的体积分数为0.5%；然后保持衬底温度60℃在二甲基甲酰胺气氛下退火10min，接着加热衬底温度到100℃在大气气氛下退火10min，得到钙钛矿吸收层；为了对比含水量和二甲基甲酰胺气氛退火对生长的钙钛矿薄膜的影响，我们分别观测了不同样品的扫描电子显微镜照片。图2为不含水溶液制备的钙钛矿薄膜的SEM，图3是特定水分含量溶液制备的钙钛矿薄膜的SEM，图4是二甲基甲酰胺特定气氛下退火的钙钛矿薄膜的SEM。从图中可以看出，特定水分含量溶液制备的钙钛矿晶粒的尺寸比不含水条件下有明显增长，达到微米量级；且在二甲基甲酰胺特定气氛下退火的钙钛矿薄膜的晶粒之间的缝隙得到了明显的修补和消除，薄膜表面更加平整光滑。
第四步、电子输运层制备：将第三步得到的样品在1000rpm转速下旋涂滴加2%质量分数的掺杂富勒烯衍生物PCBM氯苯溶液30s，然后在氯苯气氛下静置12h。
第五步、背电极沉积：采用电子束蒸发的方法钙钛矿吸收层上沉积铝薄膜背电极，得到钙钛矿太阳能电池。
为了对比其电性能，同时制备了以PEDOT：PSS为空穴传输层、无水钙钛矿的常规电池器件，它们的正反向平均IV曲线性能如图5所示，图从可见，本专利器件比以PEDOT：PSS为空穴传输层的器件的电压和电流都有明显的提高，这也可以从器件的外量子效率谱如图6中得到印证。本器件的开路电压达到1.01V，短路电流密度达到22.6mA/cm2，填充因子78%，电池的转换效率达到17.8%，电池有效面积70cm2，一方面归因于本发明采用的空穴传输材料高效率的空穴运输和抽取能力和界面缺陷钝化能力，另一方面得益于高质量钙钛矿薄膜的制备，因此本专利是一种非常有应用前景的钙钛矿电池制造方法。
Claims (4)
1.一种以四苯基联苯二胺衍生物为空穴传输材料的钙钛矿太阳能电池，该电池采用p-i-n结构，包括ITO玻璃、空穴传输层、钙钛矿结构吸收层、电子输运层、背电极，其特征在于：所述空穴传输层所采用的空穴传输材料为四苯基联苯二胺衍生物，其外围四个苯环已经被甲氧基和膦酸根官能团化，其分子结构式为：
所述钙钛矿结构吸收层为CH3NH3PbI3，电子输运层为掺杂富勒烯衍生物PCBM，电池的制备步骤如下：
第一步、ITO玻璃清洗：以ITO玻璃为衬底，依次采用去离子水、丙酮、异丙醇分别超声清洗3-5min，用氮气吹干，然后进行臭氧等离子体清洗5-10min，备用；
第二步、空穴传输层生长：将第一步所得样品浸入到0.001mol/L的四苯基联苯胺衍生物和正丁基膦酸混合的四氢呋喃/乙醇（体积比1:1）溶液中静置20h，取出140℃退火1h，然后用去离子水冲洗；
第三步、钙钛矿吸收层制备：将第二步得到的样品预热到100℃，在2000rpm转速下旋涂滴加85℃的1mol/L的PbI2/二甲基甲酰胺/水前驱体溶液30s，静置1min；接着在2000rpm转速下旋涂滴加80℃的0.5mol/L的CH3NH3I/异丙醇/水前驱体溶液20s，静置1min；然后保持衬底温度60℃在二甲基甲酰胺气氛下退火10min，接着加热衬底温度到100℃在大气气氛下退火10min，得到钙钛矿吸收层；
第四步、电子输运层制备：将第三步得到的样品在1000rpm转速下旋涂滴加2%质量分数的PCBM氯苯溶液30s，然后在氯苯气氛下静置12h；
第五步、背电极沉积：采用电子束蒸发的方法钙钛矿吸收层上沉积铜薄膜背电极，得到钙钛矿太阳能电池。
2.根据权利要求1的所述的一种以四苯基联苯二胺衍生物为空穴传输材料的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述第二步中四苯基联苯胺衍生物和正丁基膦酸的物质的量之比为1:10。
3.根据权利要求1的所述的一种以四苯基联苯二胺衍生物为空穴传输材料的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述第三步中PbI2/二甲基甲酰胺/水前驱体溶液中，相对于二甲基甲酰胺，水的质量分数为2%。
4.根据权利要求1的所述的一种以四苯基联苯二胺衍生物为空穴传输材料的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述第三步中CH3NH3I/异丙醇/水前驱体溶液中，相对于异丙醇，水的体积分数为0.5%。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910269097.9A CN110649165B (zh) | 2019-04-04 | 一种以四苯基联苯二胺衍生物为空穴传输材料的钙钛矿电池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910269097.9A CN110649165B (zh) | 2019-04-04 | 一种以四苯基联苯二胺衍生物为空穴传输材料的钙钛矿电池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110649165A true CN110649165A (zh) | 2020-01-03 |
| CN110649165B CN110649165B (zh) | 2024-06-04 |
Family
ID=
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113087633A (zh) * | 2021-03-26 | 2021-07-09 | 河南大学 | 一类兼备界面钝化与空穴传输的空穴传输材料、其制备方法及其应用 |
| CN113193117A (zh) * | 2021-04-30 | 2021-07-30 | 南开大学 | 一种基于对甲氧基苯乙酸钝化剂的钙钛矿太阳电池 |
| CN113736307A (zh) * | 2020-05-29 | 2021-12-03 | 三星显示有限公司 | 空穴传输油墨组合物、发光装置和制备发光装置的方法 |
Citations (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101087776A (zh) * | 2004-12-24 | 2007-12-12 | 先锋公司 | 有机化合物、电荷传输材料和有机电致发光元件 |
| US20090092911A1 (en) * | 2007-10-09 | 2009-04-09 | Xerox Corporation | Additive containing charge transport layer photoconductors |
| US20090293946A1 (en) * | 2008-06-03 | 2009-12-03 | Ching-Fuh Lin | Mixed-typed heterojunction thin-film solar cell structure and method for fabricating the same |
| CN101903345A (zh) * | 2007-11-06 | 2010-12-01 | Hcf合伙人股份两合公司 | 用在电子器件中的空穴传输聚合物 |
| US20120232308A1 (en) * | 2011-03-08 | 2012-09-13 | Xerox Corporation | High mobility periodic structured organic films |
| WO2012133725A1 (ja) * | 2011-03-31 | 2012-10-04 | ソニー株式会社 | 色素増感太陽電池およびその製造方法 |
| CN104246918A (zh) * | 2012-04-19 | 2014-12-24 | 柯尼卡美能达株式会社 | 透明导电性膜的制造方法、透明导电性膜及电子器件 |
| CN104681731A (zh) * | 2015-02-09 | 2015-06-03 | 南京工业大学 | 一种钙钛矿型电致发光器件及其制备方法 |
| JP2015128155A (ja) * | 2013-11-29 | 2015-07-09 | 三菱化学株式会社 | 金属酸化物含有層を有する電子デバイス |
| WO2016072810A1 (ko) * | 2014-11-06 | 2016-05-12 | 포항공과대학교 산학협력단 | 엑시톤 버퍼층을 포함하는 페로브스카이트 발광 소자 및 이의 제조방법 |
| CN105593206A (zh) * | 2013-10-02 | 2016-05-18 | 默克专利有限公司 | 空穴传输材料 |
| CN106299138A (zh) * | 2016-08-04 | 2017-01-04 | 南京工业大学 | 带有磷酸基团材料的合成及其在氧化物表面上自组装膜的制备 |
| CN106463627A (zh) * | 2014-04-14 | 2017-02-22 | 东丽株式会社 | 光伏元件 |
| JP2018006622A (ja) * | 2016-07-05 | 2018-01-11 | 株式会社リコー | 光電変換素子及び太陽電池 |
| CN108028320A (zh) * | 2015-09-02 | 2018-05-11 | 牛津大学科技创新有限公司 | 双钙钛矿 |
| US10002716B1 (en) * | 2017-03-22 | 2018-06-19 | National Tsing Hua University | Electron transport structure and perovskite solar cell having the same |
| CN108305937A (zh) * | 2017-01-11 | 2018-07-20 | 南京工业大学 | 一种三维钙钛矿薄膜纳米尺度晶粒的调控方法及其应用和器件 |
| WO2018178153A1 (en) * | 2017-03-31 | 2018-10-04 | Peafowl Solar Power Ab | Ultra-thin plasmonic solar cells, methods for their manufacture and use |
| EP3422430A1 (en) * | 2017-06-26 | 2019-01-02 | Universitat Jaume I de Castello | Electrode for a perovskite-based photoelectrochemical device |
| WO2019017843A1 (en) * | 2017-07-18 | 2019-01-24 | Nanyang Technological University | COMPOSITE FILM AND METHOD FOR FORMING THE SAME |
Patent Citations (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101087776A (zh) * | 2004-12-24 | 2007-12-12 | 先锋公司 | 有机化合物、电荷传输材料和有机电致发光元件 |
| US20090092911A1 (en) * | 2007-10-09 | 2009-04-09 | Xerox Corporation | Additive containing charge transport layer photoconductors |
| CN101903345A (zh) * | 2007-11-06 | 2010-12-01 | Hcf合伙人股份两合公司 | 用在电子器件中的空穴传输聚合物 |
| US20090293946A1 (en) * | 2008-06-03 | 2009-12-03 | Ching-Fuh Lin | Mixed-typed heterojunction thin-film solar cell structure and method for fabricating the same |
| US20120232308A1 (en) * | 2011-03-08 | 2012-09-13 | Xerox Corporation | High mobility periodic structured organic films |
| WO2012133725A1 (ja) * | 2011-03-31 | 2012-10-04 | ソニー株式会社 | 色素増感太陽電池およびその製造方法 |
| CN104246918A (zh) * | 2012-04-19 | 2014-12-24 | 柯尼卡美能达株式会社 | 透明导电性膜的制造方法、透明导电性膜及电子器件 |
| CN105593206A (zh) * | 2013-10-02 | 2016-05-18 | 默克专利有限公司 | 空穴传输材料 |
| JP2015128155A (ja) * | 2013-11-29 | 2015-07-09 | 三菱化学株式会社 | 金属酸化物含有層を有する電子デバイス |
| CN106463627A (zh) * | 2014-04-14 | 2017-02-22 | 东丽株式会社 | 光伏元件 |
| WO2016072810A1 (ko) * | 2014-11-06 | 2016-05-12 | 포항공과대학교 산학협력단 | 엑시톤 버퍼층을 포함하는 페로브스카이트 발광 소자 및 이의 제조방법 |
| CN104681731A (zh) * | 2015-02-09 | 2015-06-03 | 南京工业大学 | 一种钙钛矿型电致发光器件及其制备方法 |
| CN108028320A (zh) * | 2015-09-02 | 2018-05-11 | 牛津大学科技创新有限公司 | 双钙钛矿 |
| JP2018006622A (ja) * | 2016-07-05 | 2018-01-11 | 株式会社リコー | 光電変換素子及び太陽電池 |
| CN106299138A (zh) * | 2016-08-04 | 2017-01-04 | 南京工业大学 | 带有磷酸基团材料的合成及其在氧化物表面上自组装膜的制备 |
| CN108305937A (zh) * | 2017-01-11 | 2018-07-20 | 南京工业大学 | 一种三维钙钛矿薄膜纳米尺度晶粒的调控方法及其应用和器件 |
| US10002716B1 (en) * | 2017-03-22 | 2018-06-19 | National Tsing Hua University | Electron transport structure and perovskite solar cell having the same |
| WO2018178153A1 (en) * | 2017-03-31 | 2018-10-04 | Peafowl Solar Power Ab | Ultra-thin plasmonic solar cells, methods for their manufacture and use |
| EP3422430A1 (en) * | 2017-06-26 | 2019-01-02 | Universitat Jaume I de Castello | Electrode for a perovskite-based photoelectrochemical device |
| WO2019017843A1 (en) * | 2017-07-18 | 2019-01-24 | Nanyang Technological University | COMPOSITE FILM AND METHOD FOR FORMING THE SAME |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| ARTIOM MAGOMEDOV等: "Self-Assembled Hole Transporting Monolayer for Highly Efficient Perovskite Solar Cells", 《ADVANCED ENERGY MATERIALS》, vol. 8, no. 32, pages 1 - 9 * |
| ARTIOM MAGOMEDOV等: "The synergistic effect of H2O and DMF towards stable and 20% efficiency inverted perovskite solar cells", 《ENERGY & ENVIRONMENTAL SCIENCE》, vol. 10, no. 3, pages 808 - 817 * |
| SANG JIN PARK等: "Inverted planar perovskite solar cells with dopant free hole transporting material:lewis base-assisted passivation and reduced charge recombination", 《JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A》, vol. 5, pages 13220 - 13227 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113736307A (zh) * | 2020-05-29 | 2021-12-03 | 三星显示有限公司 | 空穴传输油墨组合物、发光装置和制备发光装置的方法 |
| EP3916823A3 (en) * | 2020-05-29 | 2022-04-20 | Samsung Display Co., Ltd. | Hole-transporting ink composition, light-emitting device, and method of preparing the light-emitting device |
| CN113736307B (zh) * | 2020-05-29 | 2024-04-09 | 三星显示有限公司 | 空穴传输油墨组合物、发光装置和制备发光装置的方法 |
| CN113087633A (zh) * | 2021-03-26 | 2021-07-09 | 河南大学 | 一类兼备界面钝化与空穴传输的空穴传输材料、其制备方法及其应用 |
| CN113087633B (zh) * | 2021-03-26 | 2022-03-08 | 河南大学 | 一类兼备界面钝化与空穴传输的空穴传输材料、其制备方法及其应用 |
| CN113193117A (zh) * | 2021-04-30 | 2021-07-30 | 南开大学 | 一种基于对甲氧基苯乙酸钝化剂的钙钛矿太阳电池 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Gao et al. | Recent progresses on defect passivation toward efficient perovskite solar cells | |
| CN108832002B (zh) | 一种基于pva修饰空穴传输层的钙钛矿太阳能电池 | |
| CN112802965B (zh) | 基于界面修饰的钙钛矿太阳能电池的制备方法 | |
| CN108440394B (zh) | 富勒烯电子传输层材料及其构成的钙钛矿太阳电池 | |
| CN115117247B (zh) | 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN111092160A (zh) | 一种钝化反型结构钙钛矿太阳能电池下界面的方法 | |
| CN110783464A (zh) | 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| US11557689B2 (en) | Integrated tandem solar cell and manufacturing method thereof | |
| CN109942800B (zh) | 带有氨基酸基团的两性离子共轭聚电解质界面材料 | |
| Zhang et al. | Thiamine additive engineering enables improved film formation towards high efficiency and moisture stability in perovskite solar cells | |
| CN111063806B (zh) | 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN109851571B (zh) | 一种共轭有机小分子界面修饰材料、制备方法及其构成的有机太阳电池 | |
| CN111509128A (zh) | 基于复合空穴传输层的钙钛矿太阳电池及其制备方法 | |
| CN110649165B (zh) | 一种以四苯基联苯二胺衍生物为空穴传输材料的钙钛矿电池 | |
| CN114784191A (zh) | 一种有机小分子化合物界面修饰的钙钛矿薄膜、其制备方法及太阳能电池 | |
| CN110649165A (zh) | 一种以四苯基联苯二胺衍生物为空穴传输材料的钙钛矿电池 | |
| Lee et al. | Investigation performance and mechanisms of inverted polymer solar cells by pentacene doped P3HT: PCBM | |
| CN113611800A (zh) | 基于新型添加剂的全小分子有机太阳能电池及其制备方法 | |
| CN107833970B (zh) | 一种钙钛矿薄膜的表面修饰方法 | |
| CN110854271A (zh) | 一种高稳定钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| Wang et al. | Nanoscale Local Contacts Enable Inverted Inorganic Perovskite Solar Cells with 20.8% Efficiency | |
| CN112952004B (zh) | 一种基于混合溶剂活性层的有机光伏器件及其制备方法 | |
| CN212991123U (zh) | 基于复合空穴传输层的钙钛矿太阳电池 | |
| CN109216553B (zh) | 一种CsSnI3掺杂有机太阳能电池及其制备方法 | |
| Zhu et al. | Optimization of Perovskite-Solar-Cells with AlOx Passivated NiOx Hole-Transport-Film |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20240506 Address after: 710000, Room 10301, 3rd Floor, Unit 1, Building 6, West Yungu Phase II, Fengxi New City, Xixian New Area, Xi'an City, Shaanxi Province Applicant after: Zhongmao Photovoltaic Technology Group Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: No. 168 Zhonghua Road, Anyang City, Henan Province, 455000 Applicant before: Yuan Xiuling Country or region before: China |
|
| GR01 | Patent grant |