CN111799381B - 一种基于含磷空穴掺杂剂的钙钛矿太阳能电池制备方法 - Google Patents

一种基于含磷空穴掺杂剂的钙钛矿太阳能电池制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111799381B
CN111799381B CN202010947832.XA CN202010947832A CN111799381B CN 111799381 B CN111799381 B CN 111799381B CN 202010947832 A CN202010947832 A CN 202010947832A CN 111799381 B CN111799381 B CN 111799381B
Authority
CN
China
Prior art keywords
hole transport
transport layer
spin
coating
solution
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.)
Active
Application number
CN202010947832.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN111799381A (zh
Inventor
韩飞
王玲玲
席细平
范敏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ENERGY RESEARCH INSTITUTE OF JIANGXI ACADEMY OF SCIENCES
Original Assignee
ENERGY RESEARCH INSTITUTE OF JIANGXI ACADEMY OF SCIENCES
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ENERGY RESEARCH INSTITUTE OF JIANGXI ACADEMY OF SCIENCES filed Critical ENERGY RESEARCH INSTITUTE OF JIANGXI ACADEMY OF SCIENCES
Priority to CN202010947832.XA priority Critical patent/CN111799381B/zh
Publication of CN111799381A publication Critical patent/CN111799381A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111799381B publication Critical patent/CN111799381B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/10—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising heterojunctions between organic semiconductors and inorganic semiconductors
    • H10K30/15—Sensitised wide-bandgap semiconductor devices, e.g. dye-sensitised TiO2
    • H10K30/151—Sensitised wide-bandgap semiconductor devices, e.g. dye-sensitised TiO2 the wide bandgap semiconductor comprising titanium oxide, e.g. TiO2
    • 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
    • H10K71/40—Thermal treatment, e.g. annealing in the presence of a solvent vapour
    • 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
    • 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
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于含磷空穴掺杂剂的钙钛矿太阳能电池制备方法，依次在FTO玻璃上旋涂制备致密TiO2层、介孔TiO2层、钙钛矿薄膜，然后配制三(五氟苯基)膦作为空穴掺杂剂的空穴传输层材料溶液，并在钙钛矿薄膜上制备空穴传输层，最后制作对电极，得到钙钛矿太阳能电池。本发明通过采用三(五氟苯基)膦作为空穴掺杂剂，对空穴传输层材料进行掺杂，提高了钙钛矿太阳能电池的光电转化效率和器件稳定性。

Description

一种基于含磷空穴掺杂剂的钙钛矿太阳能电池制备方法
技术领域
本发明属于光伏新材料技术领域，具体涉及一种基于含磷空穴掺杂剂的钙钛矿太阳能电池制备方法。
背景技术
有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池具有宽吸收、低成本、可溶液和柔性加工等特点迅速受到了世界瞩目，自2009年问世至今，短短几年其光电转化效率已从3.8％跃迁至25.2％，且可以与硅基电池媲美。通常，钙钛矿太阳能电池有两种器件结构，分别是正置结构和反置结构。其中在正置结构钙钛矿太阳能电池中常用4-叔丁基吡啶和双三氟甲基磺酰亚胺掺杂的Spiro-OMeTAD作为空穴传输材料，然而Spiro-OMeTAD需要在干燥的空气环境中过夜或者更长时间氧化，使得钙钛矿太阳能电池的制备时间增加。同时，双三氟甲基磺酰亚胺易潮解导致形成的Spiro-OMeTAD薄膜多孔洞，从而降低所制备器件的稳定性。此外，Poly-TPD、PTAA和TFB等一批结构稳定的高分子材料陆续被用作钙钛矿太阳能电池空穴传输材料，但空穴迁移率低的缺点又限制了这些材料的应用。
CN201810154042.9含硼空穴掺杂剂及其在钙钛矿太阳能电池空穴传输层中的应用，采用一种以4-异丙基-4'-甲基二苯基碘鎓四(五氟苯基)硼酸盐或三(五氟苯基)硼烷分别掺杂Poly-TPD、PTAA或TFB，在一定程度上提高了空穴迁移率。此外，三(五氟苯基)硼烷掺杂Spiro-OMeTAD和PTAA的机理分别为通过基态整数型电子转移（判断依据：Spiro-OMeTAD/氯苯溶液的颜色由淡黄色变为红色）和通过N-B配位键形成路易斯酸碱复合物（判断依据：PTAA/甲苯溶液的颜色由淡黄色变为浅红色，继续添加含有N孤对电子的4-叔丁基吡啶到上述溶液，其颜色又变成淡黄色），因而，对应钙钛矿太阳能电池效率有了明显的提升。
CN201610754238.2一种黑磷为空穴传输层的钙钛矿太阳能电池，在黑磷空穴传输层上依次为钙钛矿结构吸光层、电子传输层和透明导电电极，金属电极制备在黑磷空穴传输层的背面。黑磷空穴传输层比有机物作为空穴传输层具有更优异的化学稳定性和较低的成本，且对应器件的的输出功率和光电转化效率大幅提升。进一步地，在黑磷空穴传输层中掺杂二硫化钛，二硫化钛分子能够嵌套在黑磷晶体的缺陷位置，并减少黑磷空穴传输层的晶体缺陷和提高其光电转化效率。
但是现有技术尚未见含磷物质用于钙钛矿太阳能电池的空穴传输层空穴掺杂剂的报道。
发明内容
本发明的目的在于一种基于含磷空穴掺杂剂的钙钛矿太阳能电池制备方法，采用三(五氟苯基)膦作为空穴掺杂剂，对空穴传输层材料进行掺杂，提高了钙钛矿太阳能电池的光电转化效率和器件稳定性。
本发明通过以下技术方案来实现。一种基于含磷空穴掺杂剂的钙钛矿太阳能电池制备方法，钙钛矿太阳能电池结构从下到上依次为：FTO/TiO2/钙钛矿吸光层/空穴传输层/Au，具体步骤如下：
步骤1：将FTO玻璃依次采用去离子水和无水乙醇清洗表面，氮气吹干待用；
步骤2：将二（乙酰丙酮基）钛酸二异丙酯加入正丁醇中，搅拌，使其混合均匀，得到混合液A；
步骤3：在步骤1清洗后的FTO玻璃表面旋涂混合液A，在125 ℃下烘烤10 min，得到致密TiO2层；
步骤4：将TiO2浆料加入无水乙醇中，搅拌，使其混合均匀，得到混合液B；
步骤5：在步骤3得到的带致密TiO2层的FTO玻璃表面旋涂混合液B，在125 ℃下烘烤10 min，并在500 ℃下退火30 min，得到介孔TiO2层；
步骤6：配制1.1 M的(CH(NH2)2PbI3)x(CH3NH3PbBr3)1-x（其中x=0.9）溶液，使用DMSO和DMF混合溶剂，DMF与DMSO的体积比为4：1，充分搅拌得到钙钛矿前驱液；将上述钙钛矿前驱液铺展于步骤5得到的FTO/TiO2基底表面，然后使用分段旋涂，进一步退火得到钙钛矿薄膜；
步骤7：配制空穴传输层材料溶液：选用三(五氟苯基)膦作为空穴掺杂剂，将空穴传输层材料和三(五氟苯基)膦共同溶于有机溶剂得到空穴传输层材料溶液，空穴传输层材料溶液中三(五氟苯基)膦的质量浓度为1-10 wt%；并用对应的旋涂参数在钙钛矿薄膜上制备空穴传输层；
步骤8：在步骤7得到的空穴传输层表面热蒸镀60-80 nm的金作为对电极。
进一步地，步骤2中，二（乙酰丙酮基）钛酸二异丙酯与正丁醇的质量比为1：10。
进一步地，步骤4中，TiO2浆料与无水乙醇的质量比为1：7。
进一步地，步骤6中，分段旋涂工艺参数如下，第一段：以800转/min的转速旋涂15s；第二段：以6000转/min的转速旋涂30 s，在第二段旋涂时间剩余15 s时滴加200 μL氯苯反溶剂，旋涂结束后，先在50 ℃下加热15 s，再在100 ℃下加热退火60 min。
进一步地，步骤7中，选用的空穴传输层材料为2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴（Spiro-OMeTAD）、PTAA以及其他满足上述要求的有机空穴传输材料；每毫升Spiro-OMeTAD空穴传输层溶液中Spiro-OMeTAD的含量为72.3 mg，每毫升PTAA空穴传输层溶液中PTAA的含量为15 mg，它们的溶剂为氯苯、甲苯以及其他满足上述要求的有机溶剂。
本发明的有益效果：通过采用三(五氟苯基)膦作为空穴掺杂剂，对空穴传输层材料进行掺杂，且三(五氟苯基)膦掺杂后空穴传输层的薄膜质量明显提升，同时，提高了对应钙钛矿太阳能电池的光电转化效率和器件稳定性。本发明实验时，三(五氟苯基)膦作为空穴掺杂剂并没有使Spiro-OMeTAD/氯苯溶液和PTAA/甲苯溶液颜色发生变化，因此，三(五氟苯基)膦的掺杂机理也和现有技术中三(五氟苯基)硼烷空穴掺杂剂的掺杂机理存在明显不同，有待进一步研究，本发明提供了一种基于三(五氟苯基)膦的新空穴传输层掺杂方式。
附图说明
图1为对比例1和对比例2所制备的钙钛矿太阳能电池的J-V特性曲线。
图2为对比例3和对比例4所制备的钙钛矿太阳能电池的J-V特性曲线。
图3为对比例1和实施例1-4所制备的钙钛矿太阳能电池的J-V特性曲线。
图4为对比例3和实施例5-8所制备的钙钛矿太阳能电池的J-V特性曲线。
图5为对比例2所制备的Spiro-OMeTAD空穴传输层薄膜的表面SEM形貌。
图6为实施例3所制备的Spiro-OMeTAD空穴传输层薄膜的表面SEM形貌。
图7为对比例4所制备的PTAA空穴传输层薄膜的表面SEM形貌。
图8为实施例6所制备的PTAA空穴传输层薄膜的表面SEM形貌。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于如下的实施例。
本发明的一种基于含磷空穴掺杂剂的钙钛矿太阳能电池制备方法，钙钛矿太阳能电池结构从下到上依次为：FTO/TiO2/钙钛矿吸光层/空穴传输层/Au，具体步骤如下：
步骤1：将FTO玻璃依次采用去离子水和无水乙醇清洗表面，氮气吹干待用；
步骤2：将二（乙酰丙酮基）钛酸二异丙酯加入正丁醇中，二（乙酰丙酮基）钛酸二异丙酯与正丁醇的质量比为1：10，搅拌，使其混合均匀，得到混合液A；
步骤3：在步骤1清洗后的FTO玻璃表面旋涂混合液A，在125 ℃下烘烤10 min，得到致密TiO2层；
步骤4：将TiO2浆料加入无水乙醇（TiO2浆料与无水乙醇的质量比为1：7）中，搅拌，使其混合均匀，得到混合液B；
步骤5：在步骤3得到的带致密TiO2层的FTO玻璃表面旋涂混合液B，在125 ℃下烘烤10 min，并在500 ℃下退火30 min，得到介孔TiO2层；
步骤6：配制1.1 M的(CH(NH2)2PbI3)x(CH3NH3PbBr3)1-x（其中x=0.9）溶液，使用DMSO和DMF混合溶剂，DMF与DMSO的体积比为4：1，充分搅拌得到钙钛矿前驱液；将上述钙钛矿前驱液铺展于步骤5得到的FTO/TiO2基底表面，然后使用分段旋涂，分段旋涂工艺参数如下，第一段：以800转/min的转速旋涂15 s；第二段：以6000转/min的转速旋涂30 s，在第二段旋涂时间剩余15 s时滴加200 μL氯苯反溶剂，旋涂结束后，先在50 ℃下加热15 s，再在100℃下加热退火60 min即可得到钙钛矿薄膜；
步骤7：配制空穴传输层材料溶液：选用三(五氟苯基)膦作为空穴掺杂剂，将空穴传输层材料和三(五氟苯基)膦共同溶于有机溶剂得到空穴传输层材料溶液，空穴传输层材料溶液中三(五氟苯基)膦的质量浓度为1-10 wt%；并用对应的旋涂参数在钙钛矿薄膜上制备空穴传输层；选用的空穴传输层材料为2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴（Spiro-OMeTAD）、PTAA以及其他满足上述要求的有机空穴传输材料；每毫升Spiro-OMeTAD空穴传输层溶液中Spiro-OMeTAD的含量为72.3 mg，每毫升PTAA空穴传输层溶液中PTAA的含量为15 mg，它们的溶剂为氯苯、甲苯以及其他满足上述要求的有机溶剂；
步骤8：在步骤7得到的空穴传输层表面热蒸镀60-80 nm的金作为对电极。
实施例1
步骤1：将FTO玻璃依次采用去离子水和无水乙醇清洗表面，氮气吹干待用；
步骤2：将二（乙酰丙酮基）钛酸二异丙酯加入正丁醇中，搅拌，使其混合均匀，得到混合液A；
步骤3：在步骤1清洗后的FTO玻璃表面旋涂混合液A，在125 ℃下烘烤10 min，得到致密TiO2层；
步骤4：将TiO2浆料加入无水乙醇中，搅拌，使其混合均匀，得到混合液B；
步骤5：在步骤3得到的带致密TiO2层的FTO玻璃表面旋涂混合液B，在125 ℃下烘烤10 min，并在500 ℃下退火30 min，得到介孔TiO2层；
步骤6：配制1.1 M的(CH(NH2)2PbI3)x(CH3NH3PbBr3)1-x（其中x=0.9）溶液，使用DMSO和DMF混合溶剂，DMF与DMSO的体积比为4：1，充分搅拌得到钙钛矿前驱液；将上述钙钛矿前驱液铺展于步骤5得到的FTO/TiO2基底表面，然后使用分段旋涂，分段旋涂工艺参数如下，第一段：以800转/min的转速旋涂15 s；第二段：以6000转/min的转速旋涂30 s，在第二段旋涂时间剩余15 s时滴加200 μL氯苯反溶剂，旋涂结束后，先在50 ℃下加热15 s，再在100℃下加热退火60 min，即可得到钙钛矿薄膜；
步骤7：配制72.3 mg/mL的Spiro-OMeTAD/氯苯溶液，包含72.3 mg的Spiro-OMeTAD、1 wt%的三(五氟苯基)膦和1 mL氯苯，然后充分搅拌得到Spiro-OMeTAD溶液；将Spiro-OMeTAD溶液铺展于钙钛矿薄膜表面，然后以3000转/min的转速旋涂30 s，旋涂结束后，自然晾干即可在钙钛矿基底上得到Spiro-OMeTAD空穴传输层薄膜；
步骤8：在步骤7得到的空穴传输层表面热蒸镀60 nm的金作为对电极。
实施例2
步骤1：将FTO玻璃依次采用去离子水和无水乙醇清洗表面，氮气吹干待用；
步骤2：将二（乙酰丙酮基）钛酸二异丙酯加入正丁醇中，搅拌，使其混合均匀，得到混合液A；
步骤3：在步骤1清洗后的FTO玻璃表面旋涂混合液A，在125 ℃下烘烤10 min，得到致密TiO2层；
步骤4：将TiO2浆料加入无水乙醇中，搅拌，使其混合均匀，得到混合液B；
步骤5：在步骤3得到的带致密TiO2层的FTO玻璃表面旋涂混合液B，在125 ℃下烘烤10 min，并在500 ℃下退火30 min，得到介孔TiO2层；
步骤6：配制1.1 M的(CH(NH2)2PbI3)x(CH3NH3PbBr3)1-x（其中x=0.9）溶液，使用DMSO和DMF混合溶剂，DMF与DMSO的体积比为4：1，充分搅拌得到钙钛矿前驱液；将上述钙钛矿前驱液铺展于步骤5得到的FTO/TiO2基底表面，然后使用分段旋涂，分段旋涂工艺参数如下，第一段：以800转/min的转速旋涂15 s；第二段：以6000转/min的转速旋涂30 s，在第二段旋涂时间剩余15 s时滴加200 μL氯苯反溶剂，旋涂结束后，先在50 ℃下加热15 s，再在100℃下加热退火60 min，即可得到钙钛矿薄膜；
步骤7：配制72.3 mg/mL的Spiro-OMeTAD/氯苯溶液，包含72.3 mg的Spiro-OMeTAD、3 wt%的三(五氟苯基)膦和1 mL氯苯，然后充分搅拌得到Spiro-OMeTAD溶液；将Spiro-OMeTAD溶液铺展于钙钛矿表面，然后以3000转/min的转速旋涂30 s，旋涂结束后，自然晾干即可在钙钛矿基底上得到Spiro-OMeTAD空穴传输层薄膜；
步骤8：在步骤7得到的空穴传输层表面热蒸镀60 nm的金作为对电极。
实施例3
步骤1：将FTO玻璃依次采用去离子水和无水乙醇清洗表面，氮气吹干待用；
步骤2：将二（乙酰丙酮基）钛酸二异丙酯加入正丁醇中，搅拌，使其混合均匀，得到混合液A；
步骤3：在步骤1清洗后的FTO玻璃表面旋涂混合液A，在125 ℃下烘烤10 min，得到致密TiO2层；
步骤4：将TiO2浆料加入无水乙醇中，搅拌，使其混合均匀，得到混合液B；
步骤5：在步骤3得到的带致密TiO2层的FTO玻璃表面旋涂混合液B，在125 ℃下烘烤10 min，并在500 ℃下退火30 min，得到介孔TiO2层；
步骤6：配制1.1 M的(CH(NH2)2PbI3)x(CH3NH3PbBr3)1-x（其中x=0.9）溶液，使用DMSO和DMF混合溶剂，DMF与DMSO的体积比为4：1，充分搅拌得到钙钛矿前驱液；将上述钙钛矿前驱液铺展于步骤5得到的FTO/TiO2基底表面，然后使用分段旋涂，分段旋涂工艺参数如下，第一段：以800转/min的转速旋涂15 s；第二段：以6000转/min的转速旋涂30 s，在第二段旋涂时间剩余15 s时滴加200 μL氯苯反溶剂，旋涂结束后，先在50 ℃下加热15 s，再在100℃下加热退火60 min，得到钙钛矿薄膜；
步骤7：配制72.3 mg/mL的Spiro-OMeTAD/氯苯溶液，包含72.3 mg的Spiro-OMeTAD、7 wt%的三(五氟苯基)膦和1 mL氯苯，然后充分搅拌得到Spiro-OMeTAD溶液；将Spiro-OMeTAD溶液铺展于钙钛矿表面，然后以3000转/min的转速旋涂30 s，旋涂结束后，自然晾干即可在钙钛矿基底上得到Spiro-OMeTAD空穴传输层薄膜；
步骤8：在步骤7得到的空穴传输层表面热蒸镀60 nm的金作为对电极。
实施例4
步骤1：将FTO玻璃依次采用去离子水和无水乙醇清洗表面，氮气吹干待用；
步骤2：将二（乙酰丙酮基）钛酸二异丙酯加入正丁醇中，搅拌，使其混合均匀，得到混合液A；
步骤3：在步骤1清洗后的FTO玻璃表面旋涂混合液A，在125 ℃下烘烤10 min，得到致密TiO2层；
步骤4：将TiO2浆料加入无水乙醇中，搅拌，使其混合均匀，得到混合液B；
步骤5：在步骤3得到的带致密TiO2层的FTO玻璃表面旋涂混合液B，在125 ℃下烘烤10 min，并在500 ℃下退火30 min，得到介孔TiO2层；
步骤6：配制1.1 M的(CH(NH2)2PbI3)x(CH3NH3PbBr3)1-x（其中x=0.9）溶液，使用DMSO和DMF混合溶剂，DMF与DMSO的体积比为4：1，充分搅拌得到钙钛矿前驱液；将上述钙钛矿前驱液铺展于步骤5得到的FTO/TiO2基底表面，然后使用分段旋涂，分段旋涂工艺参数如下，第一段：以800转/min的转速旋涂15 s；第二段：以6000转/min的转速旋涂30 s，在第二段旋涂时间剩余15 s时滴加200 μL氯苯反溶剂，旋涂结束后，先在50 ℃下加热15 s，再在100℃下加热退火60 min，即可得到钙钛矿薄膜；
步骤7：配制72.3 mg/mL的Spiro-OMeTAD/氯苯溶液，包含72.3 mg的Spiro-OMeTAD、10 wt%的三(五氟苯基)膦和1 mL氯苯，然后充分搅拌得到Spiro-OMeTAD溶液；将Spiro-OMeTAD溶液铺展于钙钛矿表面，然后以3000转/min的转速旋涂30 s，旋涂结束后，自然晾干即可在钙钛矿基底上得到Spiro-OMeTAD空穴传输层薄膜；
步骤8：在步骤7得到的空穴传输层表面热蒸镀60 nm的金作为对电极。
实施例5
步骤1：将FTO玻璃依次采用去离子水和无水乙醇清洗表面，氮气吹干待用；
步骤2：将二（乙酰丙酮基）钛酸二异丙酯加入正丁醇中，搅拌，使其混合均匀，得到混合液A；
步骤3：在步骤1清洗后的FTO玻璃表面旋涂混合液A，在125 ℃下烘烤10 min，得到致密TiO2层；
步骤4：将TiO2浆料加入无水乙醇中，搅拌，使其混合均匀，得到混合液B；
步骤5：在步骤3得到的带致密TiO2层的FTO玻璃表面旋涂混合液B，在125 ℃下烘烤10 min，并在500 ℃下退火30 min，得到介孔TiO2层；
步骤6：配制1.1 M的(CH(NH2)2PbI3)x(CH3NH3PbBr3)1-x（其中x=0.9）溶液，使用DMSO和DMF混合溶剂，DMF与DMSO的体积比为4：1，充分搅拌得到钙钛矿前驱液；将上述钙钛矿前驱液铺展于步骤5得到的FTO/TiO2基底表面，然后使用分段旋涂，分段旋涂工艺参数如下，第一段：以800转/min的转速旋涂15 s；第二段：以6000转/min的转速旋涂30 s，在第二段旋涂时间剩余15 s时滴加200 μL氯苯反溶剂，旋涂结束后，先在50 ℃下加热15 s，再在100℃下加热退火60 min，即可得到钙钛矿薄膜；
步骤7：配制15 mg/mL的PTAA/甲苯溶液，包含15 mg的PTAA、2 wt%的三(五氟苯基)膦和1 mL甲苯，然后充分搅拌得到空穴传输层材料溶液；将PTAA溶液铺展于钙钛矿表面，然后以3000转/min的转速旋涂30 s，旋涂结束后，自然晾干即可在钙钛矿基底上得到PTAA空穴传输层薄膜；
步骤8：在步骤7得到的空穴传输层表面热蒸镀70 nm的金作为对电极。
实施例6
步骤1：将FTO玻璃依次采用去离子水和无水乙醇清洗表面，氮气吹干待用；
步骤2：将二（乙酰丙酮基）钛酸二异丙酯加入正丁醇中，搅拌，使其混合均匀，得到混合液A；
步骤3：在步骤1清洗后的FTO玻璃表面旋涂混合液A，在125 ℃下烘烤10 min，得到致密TiO2层；
步骤4：将TiO2浆料加入无水乙醇中，搅拌，使其混合均匀，得到混合液B；
步骤5：在步骤3得到的带致密TiO2层的FTO玻璃表面旋涂混合液B，在125 ℃下烘烤10 min，并在500 ℃下退火30 min，得到介孔TiO2层；
步骤6：配制1.1 M的(CH(NH2)2PbI3)x(CH3NH3PbBr3)1-x（其中x=0.9）溶液，使用DMSO和DMF混合溶剂，DMF与DMSO的体积比为4：1，充分搅拌得到钙钛矿前驱液；将上述钙钛矿前驱液铺展于步骤5得到的FTO/TiO2基底表面，然后使用分段旋涂，分段旋涂工艺参数如下，第一段：以800转/min的转速旋涂15 s；第二段：以6000转/min的转速旋涂30 s，在第二段旋涂时间剩余15 s时滴加200 μL氯苯反溶剂，旋涂结束后，先在50 ℃下加热15 s，再在100℃下加热退火60 min，即可得到钙钛矿薄膜；
步骤7：配制15 mg/mL的PTAA/甲苯溶液，包含15 mg的PTAA、4 wt%的三(五氟苯基)膦和1 mL甲苯，然后充分搅拌得到空穴传输层材料溶液；将的PTAA溶液铺展于钙钛矿表面，然后以3000转/min的转速旋涂30 s，旋涂结束后，自然晾干即可在钙钛矿基底上得到PTAA空穴传输层薄膜；
步骤8：在步骤7得到的空穴传输层表面热蒸镀70 nm的金作为对电极。
实施例7
步骤1：将FTO玻璃依次采用去离子水和无水乙醇清洗表面，氮气吹干待用；
步骤2：将二（乙酰丙酮基）钛酸二异丙酯加入正丁醇中，搅拌，使其混合均匀，得到混合液A；
步骤3：在步骤1清洗后的FTO玻璃表面旋涂混合液A，在125 ℃下烘烤10 min，得到致密TiO2层；
步骤4：将TiO2浆料加入无水乙醇中，搅拌，使其混合均匀，得到混合液B；
步骤5：在步骤3得到的带致密TiO2层的FTO玻璃表面旋涂混合液B，在125 ℃下烘烤10 min，并在500 ℃下退火30 min，得到介孔TiO2层；
步骤6：配制1.1 M的(CH(NH2)2PbI3)x(CH3NH3PbBr3)1-x（其中x=0.9）溶液，使用DMSO和DMF混合溶剂，DMF与DMSO的体积比为4：1，充分搅拌得到钙钛矿前驱液；将上述钙钛矿前驱液铺展于步骤5得到的FTO/TiO2基底表面，然后使用分段旋涂，分段旋涂工艺参数如下，第一段：以800转/min的转速旋涂15 s；第二段：以6000转/min的转速旋涂30 s，在第二段旋涂时间剩余15 s时滴加200 μL氯苯反溶剂，旋涂结束后，先在50 ℃下加热15 s，再在100℃下加热退火60 min，即可得到钙钛矿薄膜；
步骤7：配制15 mg/mL的PTAA/甲苯溶液，包含15 mg的PTAA、6 wt%的三(五氟苯基)膦和1 mL甲苯，然后充分搅拌得到空穴传输层材料溶液；将PTAA溶液铺展于钙钛矿表面，然后以3000转/min的转速旋涂30 s，旋涂结束后，自然晾干即可在钙钛矿基底上得到PTAA空穴传输层薄膜；
步骤8：在步骤7得到的空穴传输层表面热蒸镀70 nm的金作为对电极。
实施例8
步骤1：将FTO玻璃依次采用去离子水和无水乙醇清洗表面，氮气吹干待用；
步骤2：将二（乙酰丙酮基）钛酸二异丙酯加入正丁醇中，搅拌，使其混合均匀，得到混合液A；
步骤3：在步骤1清洗后的FTO玻璃表面旋涂混合液A，在125 ℃下烘烤10 min，得到致密TiO2层；
步骤4：将TiO2浆料加入无水乙醇中，搅拌，使其混合均匀，得到混合液B；
步骤5：在步骤3得到的带致密TiO2层的FTO玻璃表面旋涂混合液B，在125 ℃下烘烤10 min，并在500 ℃下退火30 min，得到介孔TiO2层；
步骤6：配制1.1 M的(CH(NH2)2PbI3)x(CH3NH3PbBr3)1-x（其中x=0.9）溶液，使用DMSO和DMF混合溶剂，DMF与DMSO的体积比为4：1，充分搅拌得到钙钛矿前驱液；将上述钙钛矿前驱液铺展于步骤5得到的FTO/TiO2基底表面，然后使用分段旋涂，分段旋涂工艺参数如下，第一段：以800转/min的转速旋涂15 s；第二段：以6000转/min的转速旋涂30 s，在第二段旋涂时间剩余15 s时滴加200 μL氯苯反溶剂，旋涂结束后，先在50 ℃下加热15 s，再在100℃下加热退火60 min，即可得到钙钛矿薄膜；
步骤7：配制15 mg/mL的PTAA/甲苯溶液，包含15 mg的PTAA、9 wt%的三(五氟苯基)膦和1 mL甲苯，然后充分搅拌得到空穴传输层材料溶液；将PTAA溶液铺展于钙钛矿表面，然后以3000转/min的转速旋涂30 s，旋涂结束后，自然晾干即可在钙钛矿基底上得到PTAA空穴传输层薄膜；
步骤8：在步骤7得到的空穴传输层表面热蒸镀80 nm的金作为对电极。
对比例1
与实施例1不同的是步骤7为：配制72.3 mg/mL的Spiro-OMeTAD/氯苯溶液，包含72.3 mg的Spiro-OMeTAD和1 mL氯苯，然后充分搅拌得到空穴传输层材料溶液；将Spiro-OMeTAD溶液铺展于钙钛矿表面，然后以3000转/min的转速旋涂30s，旋涂结束后，自然晾干即可在钙钛矿基底上得到Spiro-OMeTAD空穴传输层薄膜。
对比例2
与实施例1不同的是步骤7为：配制72.3 mg/mL的Spiro-OMeTAD/氯苯溶液，包含72.3 mg的Spiro-OMeTAD、28.8 μL 4-叔丁基吡啶、17.5 μL双三氟甲基磺酰亚胺/乙腈溶液（520 mg/mL）和1 mL氯苯，然后充分搅拌得到空穴传输层材料溶液；将Spiro-OMeTAD溶液铺展于钙钛矿表面，然后以3000转/min的转速旋涂30 s，旋涂结束后，自然晾干即可在钙钛矿基底上得到Spiro-OMeTAD空穴传输层薄膜。
对比例3
与实施例5不同的是步骤7为：配制15 mg/mL的PTAA/甲苯溶液，包含15 mg的PTAA和1 mL甲苯，然后充分搅拌得到空穴传输层材料溶液；将PTAA溶液铺展于钙钛矿表面，然后以3000转/min的转速旋涂30 s，旋涂结束后，自然晾干即可在钙钛矿基底上得到PTAA空穴传输层薄膜。
对比例4
与实施例5不同的是步骤7为：配制15 mg/mL的PTAA/甲苯溶液，包含15 mg的PTAA、7.5 μL 4-叔丁基吡啶/乙腈溶液（4-叔丁基吡啶与乙腈的体积比为1:1）、7.5 μL双三氟甲基磺酰亚胺/乙腈溶液（170 mg/mL）和1 mL甲苯，然后充分搅拌得到空穴传输层材料溶液；将PTAA溶液铺展于钙钛矿表面，然后以3000转/min的转速旋涂30 s，旋涂结束后，自然晾干即可在钙钛矿基底上得到PTAA空穴传输层薄膜。
对各实施例和对比例所得的钙钛矿太阳能电池进行测试分析：
图1为对比例1和对比例2所制备的钙钛矿太阳能电池的J-V特性曲线；图2为对比例3和对比例4所制备的钙钛矿太阳能电池的J-V特性曲线；图3为对比例1和实施例1-4所制备的钙钛矿太阳能电池的J-V特性曲线；图4为对比例3和实施例5-8所制备的钙钛矿太阳能电池的J-V特性曲线；表1为对比例1-4和实施例1-8所制备的钙钛矿太阳能电池的器件性能；其中，基于最优浓度（7 wt%）三(五氟苯基)膦掺杂的Spiro-OMeTAD组装的钙钛矿太阳能电池的性能（V oc = 1.067 V, J sc = 23.247 mA cm-2, FF = 0.761, PCE = 18.876%）优于基于非掺杂的Spiro-OMeTAD组装的钙钛矿太阳能电池的性能（V oc = 1.015 V, J sc =22.871 mA cm-2, FF = 0.472, PCE = 10.957%）以及基于4-叔丁基吡啶和双三氟甲基磺酰亚胺掺杂的Spiro-OMeTAD组装的钙钛矿太阳能电池的性能（V oc = 1.020 V, J sc = 23.033mA cm-2, FF = 0.726, PCE = 17.056%）；基于最优浓度（4 wt%）三(五氟苯基)膦掺杂的PTAA组装的钙钛矿太阳能电池的性能（V oc = 1.089 V, J sc = 22.976 mA cm-2, FF =0.798, PCE = 19.967%）优于基于非掺杂的PTAA组装的钙钛矿太阳能电池的性能（V oc =1.108 V, J sc = 22.952 mA cm-2, FF = 0.597, PCE = 15.182%）以及基于4-叔丁基吡啶和双三氟甲基磺酰亚胺掺杂的PTAA组装的钙钛矿太阳能电池的性能（V oc = 1.100 V, J sc = 22.733 mA cm-2, FF = 0.751, PCE = 18.780%）；综合表1数据，基于最优浓度三(五氟苯基)膦掺杂Spiro-OMeTAD/PTAA组装的钙钛矿太阳能电池的性能明显提升，主要是由于器件FF的提高以及掺杂后Spiro-OMeTAD/PTAA薄膜导电性的提升。
表1 器件的光伏性能
Figure DEST_PATH_IMAGE001
图5和图6分别为对比例2和实施例3所制备的Spiro-OMeTAD空穴传输层薄膜的表面SEM形貌；图7和图8分别为对比例4和实施例6所制备的PTAA空穴传输层薄膜的表面SEM形貌；与4-叔丁基吡啶和双三氟甲基磺酰亚胺掺杂的Spiro-OMeTAD空穴传输层薄膜相比，基于7 wt%的三(五氟苯基)膦掺杂的Spiro-OMeTAD空穴传输层薄膜的针孔等缺陷明显减少，同时，与4-叔丁基吡啶和双三氟甲基磺酰亚胺掺杂的PTAA空穴传输层薄膜相比，基于4 wt%的三(五氟苯基)膦掺杂的PTAA空穴传输层薄膜的针孔等缺陷也明显减少，这些有利于对Spiro-OMeTAD/PTAA空穴传输层薄膜下钙钛矿的全覆盖，并进一步提高对应器件的稳定性。

Claims (7)

1.一种基于含磷空穴掺杂剂的钙钛矿太阳能电池制备方法，其特征在于具体步骤如下：
步骤1：将FTO玻璃依次采用去离子水和无水乙醇清洗表面，氮气吹干待用；
步骤2：将二（乙酰丙酮基）钛酸二异丙酯加入正丁醇中，搅拌，使其混合均匀，得到混合液A；
步骤3：在步骤1清洗后的FTO玻璃表面旋涂混合液A，在125 ℃下烘烤10 min，得到致密TiO2层；
步骤4：将TiO2浆料加入无水乙醇中，搅拌，使其混合均匀，得到混合液B；
步骤5：在步骤3得到的带致密TiO2层的FTO玻璃表面旋涂混合液B，在125 ℃下烘烤10min，并在500 ℃下退火30 min，得到介孔TiO2层；
步骤6：配制1.1 M的(CH(NH2)2PbI3)x(CH3NH3PbBr3)1-x溶液，使用DMSO和DMF混合溶剂，DMF与DMSO的体积比为4：1，充分搅拌得到钙钛矿前驱液；将上述钙钛矿前驱液铺展于步骤5得到的FTO/TiO2基底表面，然后使用分段旋涂，进一步退火得到钙钛矿薄膜；
步骤7：配制空穴传输层材料溶液：选用三(五氟苯基)膦作为空穴掺杂剂，将空穴传输层材料和三(五氟苯基)膦共同溶于有机溶剂得到空穴传输层材料溶液，空穴传输层材料溶液中三(五氟苯基)膦的质量浓度为1-10 wt%；并用对应的旋涂参数在钙钛矿薄膜上制备空穴传输层；
步骤8：在步骤7得到的空穴传输层表面热蒸镀60-80 nm的金作为对电极。
2.根据权利要求1所述的一种基于含磷空穴掺杂剂的钙钛矿太阳能电池制备方法，其特征在于：步骤7中，选用的空穴传输层材料为Spiro-OMeTAD；每毫升Spiro-OMeTAD空穴传输层溶液中Spiro-OMeTAD的含量为72.3 mg。
3.根据权利要求1所述的一种基于含磷空穴掺杂剂的钙钛矿太阳能电池制备方法，其特征在于：步骤7中，选用的空穴传输层材料为PTAA，每毫升PTAA空穴传输层溶液中PTAA的含量为15 mg。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种基于含磷空穴掺杂剂的钙钛矿太阳能电池制备方法，其特征在于：步骤7中，空穴传输层材料的溶剂为氯苯或甲苯。
5.根据权利要求1所述的一种基于含磷空穴掺杂剂的钙钛矿太阳能电池制备方法，其特征在于：步骤2中，二（乙酰丙酮基）钛酸二异丙酯与正丁醇的质量比为1：10。
6.根据权利要求1所述的一种基于含磷空穴掺杂剂的钙钛矿太阳能电池制备方法，其特征在于：步骤4中，TiO2浆料与无水乙醇的质量比为1：7。
7.根据权利要求1所述的一种基于含磷空穴掺杂剂的钙钛矿太阳能电池制备方法，其特征在于：步骤6中，分段旋涂工艺参数如下，第一段：以800转/min的转速旋涂15 s；第二段：以6000转/min的转速旋涂30 s，在第二段旋涂时间剩余15 s时滴加200μL氯苯反溶剂，旋涂结束后，先在50 ℃下加热15 s，再在100℃下加热退火60 min。
CN202010947832.XA 2020-09-10 2020-09-10 一种基于含磷空穴掺杂剂的钙钛矿太阳能电池制备方法 Active CN111799381B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010947832.XA CN111799381B (zh) 2020-09-10 2020-09-10 一种基于含磷空穴掺杂剂的钙钛矿太阳能电池制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010947832.XA CN111799381B (zh) 2020-09-10 2020-09-10 一种基于含磷空穴掺杂剂的钙钛矿太阳能电池制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111799381A CN111799381A (zh) 2020-10-20
CN111799381B true CN111799381B (zh) 2020-11-27

Family

ID=72834305

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010947832.XA Active CN111799381B (zh) 2020-09-10 2020-09-10 一种基于含磷空穴掺杂剂的钙钛矿太阳能电池制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111799381B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112531117B (zh) * 2021-02-07 2021-05-07 江西省科学院能源研究所 一种AgBiI4-钙钛矿双吸光层薄膜及太阳能电池制备方法
CN112635680B (zh) * 2021-03-09 2021-05-25 江西省科学院能源研究所 一种温度诱导空穴掺杂剂在低浓度下深度掺杂的方法
CN115806310B (zh) * 2021-09-14 2024-04-12 深圳先进技术研究院 一种全无机CsPbX3Py钙钛矿晶体及其制备方法和应用
CN113937223B (zh) * 2021-12-15 2022-03-08 江西省科学院应用化学研究所 一种功能分子共掺杂钙钛矿太阳能电池的制备方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1289028B1 (en) * 2001-09-04 2008-01-16 Sony Deutschland GmbH Photovoltaic device and method for preparing the same
DE102007031261A1 (de) * 2007-07-05 2009-01-08 Universtität Regensburg Lumineszierende Metallkomplexe mit sperrigen Hilfsliganden
JP5778382B2 (ja) * 2008-10-22 2015-09-16 東ソー株式会社 金属膜製造用組成物、金属膜の製造方法及び金属粉末の製造方法
GB201020209D0 (en) * 2010-11-29 2011-01-12 Isis Innovation Device
CN106129256B (zh) * 2016-08-30 2018-12-11 戚明海 一种以黑磷为空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及制备方法
CN106397355B (zh) * 2016-09-05 2019-04-09 华南理工大学 一种自掺杂共轭酚胺类空穴传输材料及制备与应用
CN111533757B (zh) * 2020-04-30 2021-08-10 华南理工大学 基于二噻吩并苯并咪唑的无掺杂空穴传输材料及其制备方法与在钙钛矿太阳能电池中的应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN111799381A (zh) 2020-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111799381B (zh) 一种基于含磷空穴掺杂剂的钙钛矿太阳能电池制备方法
Murugadoss et al. Fabrication of CH3NH3PbI3 perovskite-based solar cells: Developing various new solvents for CuSCN hole transport material
CN110350089B (zh) Bi2O2S修饰SnO2电子传输层的钙钛矿太阳能电池及制备方法
CN106025085A (zh) 基于Spiro-OMeTAD/CuXS复合空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN106129252A (zh) 基于Spiro‑OMeTAD/PbS复合空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN108807694B (zh) 一种超低温稳定的平板钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN110518128B (zh) 一种aci型二维钙钛矿太阳电池及其制备方法
CN108831998B (zh) 一种基于聚电解质无机钙钛矿太阳能电池的制备方法
CN108091766B (zh) 一种n型掺杂电子传输层和TiO2层的钙钛矿电池的制备方法
KR20030020856A (ko) 공액계 고체 반도체를 포함하는 디바이스 및 이의 제조방법
CN107240643A (zh) 溴元素掺杂甲胺铅碘钙钛矿太阳能电池及其制作方法
Guo et al. Improvement of stability of ZnO/CH 3 NH 3 PbI 3 bilayer by aging step for preparing high-performance perovskite solar cells under ambient conditions
CN111211232A (zh) 一种多巴胺螯合二氧化钛的钙钛矿太阳能电池的制备方法
CN113471366A (zh) 基于环己甲胺碘盐的2d/3d钙钛矿太阳能电池的制备方法
CN109216563B (zh) 一种Cs2SnI6掺杂有机太阳能电池及其制备方法
CN109920915B (zh) 一种稳定、高效的钙钛矿半导体薄膜太阳能电池及其制备方法
CN113903862A (zh) 基于苯硼酸衍生物修饰的SnO2钙钛矿太阳能电池的制备方法
CN113363394A (zh) 一种钙钛矿电池制备方法
CN112635680B (zh) 一种温度诱导空穴掺杂剂在低浓度下深度掺杂的方法
CN113725363B (zh) 一种锡铅混合钙钛矿太阳能电池
CN116261341B (zh) 前驱体溶液及制备方法、空穴传输层制备及钙钛矿太阳能电池制备方法
CN113937223B (zh) 一种功能分子共掺杂钙钛矿太阳能电池的制备方法
CN118102828B (zh) 一种有机电子传输层及钙钛矿太阳能电池的制备方法
CN113087633B (zh) 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
WO2024098538A1 (zh) 通过在钙钛矿体相掺杂磺酰基分子制备太阳能电池的方法

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant