CN113707810B - 以AuNCs掺杂PEDOT：PSS为空穴传输层的含锡钙钛矿太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以AuNCs掺杂PEDOT:PSS为空穴传输层的含锡钙钛矿太阳能电池及其制备方法。所述钙钛矿电池器件包括依次层叠设置的阳极基底、空穴传输层、含锡钙钛矿活性层、电子传输层、空穴阻挡层、阴极层；所述空穴传输层由AuNCs掺杂PEDOT:PSS材料制备而成，且AuNCs掺杂质量百分比为0.5％‑2％。本发明采用在PEDOT:PSS中掺杂具有强耦合等离子体纳米结构、高透光率和优异稳定性的链状AuNCs为空穴传输层制备电池器件；首先，AuNCs的引入可以提升PEDOT:PSS的电导率，从而有效促进器件的空穴抽取、传输和收集效率；其次，AuNCs掺杂的PEDOT:PSS可以改善与活性层的界面相互作用从而降低界面电荷复合；最后，等离子体光散射以及AuNCs的一些近场耦合效应可以促进更多的光被捕获，增强钙钛矿的光吸收。
Description
技术领域
本发明涉及钙钛矿太阳能电池技术领域，尤其是一种以AuNCs掺杂PEDOT:PSS为空穴传输层的含锡钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
背景技术
钙钛矿太阳能电池(PSCs)由于具有直接带隙、高吸光系数、长载流子寿命和低制造成本等优异性能，作为最有发展前景的新型太阳能电池受到了人们的广泛关注。自2009年首次报道以来，随着纯铅卤化物PSCs的迅速发展，PSCs的能量转换效率(PCEs)已经显著增加到当前25.5％的记录。
然而，在目前普遍使用的钙钛矿材料中，重金属铅是环境不友好而且可能对人类健康造成危害的，鉴于此，可完全或部分取代铅的高性能PSCs成为目前研究的热点。在铅的众多可替代选择中金属锡脱颖而出，因为基于锡的钙钛矿具有优异的光学和电学性质，比如高吸收系数、低激子结合能和高载流子迁移率等。目前为止，尽管含有锡的PSCs已经取得了显著的研究进展，但器件性能仍不是特别令人满意，明显落后于只含铅的电池器件。因此，含有锡的PSCs还需要进一步探索才能实现与铅基PSCs的竞争。目前在提升器件PCE的研究中，大多数策略都与钙钛矿层的优化有关，特别是使用添加剂抑制Sn2+氧化，钝化晶粒表面缺陷和改善薄膜质量等，而涉及界面电荷传输层的研究是最容易被忽视的，这也是提高含锡PSCs器件性能的重要潜在途径。
目前，倒置p-i-n平面结构在含锡的PSCs中得到了广泛的应用，并显示出了优异的性能。通常，含锡钙钛矿层夹在作为空穴传输层(HTL)的聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT:PSS,PVP AI 4083)和作为电子传输层(ETL)的C60或富勒烯衍生物之间。对于倒置钙钛矿太阳能电池，HTL在电荷抽取、传递和影响界面相互作用方面起着重要作用，虽然PEDOT:PSS作为HTL在含有锡的PSCs中应用广泛，但是通过对PEDOT:PSS进行进一步修饰改进，器件性能仍有巨大的提升空间。
发明内容
本发明为了解决上述技术不足而提供一种以AuNCs掺杂PEDOT:PSS为空穴传输层的含锡钙钛矿太阳能电池及其制备方法，能显著提升能量转换效率。
本发明公开了一种以AuNCs掺杂PEDOT:PSS为空穴传输层的含锡钙钛矿太阳能电池，包括依次层叠设置的阳极基底、空穴传输层、含锡钙钛矿活性层、电子传输层、空穴阻挡层、阴极层；所述空穴传输层由AuNCs掺杂PEDOT:PSS材料制备而成。其中PEDOT:PSS所使用的型号为PVP AI4083，而并非为常作为电极所使用的PEDOT:PSS的型号PH1000。
进一步地，所述阳极基底选自铟锡氧化物玻璃(ITO)。
进一步地，所述空穴传输层厚度为35-45nm；优选为40nm。
进一步地，所述空穴传输层的制备工艺，将AuNCs水溶液掺杂于PEDOT:PSS溶液中，搅拌一段时间得到混合均匀的混合液，其中AuNCs掺杂质量百分比为0.5-2％，经过旋涂、退火得到所述空穴传输层。
进一步地，所述活性层为含有金属锡的所有有机-无机杂化钙钛矿或者无机钙钛矿，比如CsSnxPb1-xI3(0<x≤1),FAxMA1-xSnyPb1-yI3(0≤x≤1,0<y≤1)。本发明以FA0.7MA0.3Sn0.5Pb0.5I3为例，含锡钙钛矿活性层厚度为600-800nm。优选为800nm。
进一步地，所述电子传输层为PCBM或C60,所述电子传输层厚度为20-30nm。优选为20nm。
进一步地，所述空穴阻挡层为BCP，所述空穴阻挡层厚度为5-8nm。优选为5nm。
进一步地，所述阴极层为Ag或Cu，所述阴极层厚度为70-90nm。
本发明的另一目的在于提供一种以AuNCs掺杂PEDOT:PSS为空穴传输层的含锡钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、清洗阳极基底，并对所述阳极基底的阳极层表面进行表面处理；
步骤二、在经过步骤一表面处理过的所述阳极层表面依次旋涂空穴传输层、含锡钙钛矿活性层；所述空穴传输层由AuNCs与PEDOT:PSS掺杂而成；
步骤三、在步骤二所述的含锡钙钛矿活性层表面依次蒸镀电子传输层、空穴阻挡层以及阴极层。
上述步骤一中，所述阳极基底处理包括：首先依次用ITO玻璃清洗剂、去离子水、丙酮、异丙醇各超声清洗15-30分钟；随后用氮气吹干阳极基底；最后用Plasma清洗机对阳极基底表面进行5-10分钟的表面等离子体处理。
上述步骤二中，所述空穴传输层为AuNCs掺杂PEDOT:PSS材料制备而成，具体过程为：将浓度为10-12mg/mL的HAuCl4加入到体积为78-79mL的去离子水中，在80-90℃条件下进行加热；将浓度为8-10mg/mL的柠檬酸三钠和浓度为20-25mM的Na2CO3以及12-15mL的去离子水混合组成还原剂，将其在80-90℃条件下进行加热，然后，将还原剂混合溶液缓慢加入到HAuCl4溶液中，并保持80-90℃反应10-15min，待溶液在保持搅拌的情况下逐渐冷却至室温，随后再补充适量去离子水得到约100ml胶体溶液。此后，加入5-8μL的HS-C2H4-COOH轻微振荡过夜，所得溶液于3-7℃保存。最后，将9×10-7-14×10-7M的三聚氰胺储备液注入到所得溶液中聚集形成AuNCs溶液。将AuNCs溶液掺杂于PEDOT:PSS溶液中，其中AuNCs溶液质量百分比为0.5％-2％，混合溶液搅拌一段时间充分混合均匀后，以3500-5000rpm转速旋涂在上述处理过的阳极基底表面上，时间为35-50s；将旋涂完的阳极基底进行退火处理，温度为130-150℃，时间为15-20分钟。
进一步地，上述步骤二中，所述含锡钙钛矿活性层为FA0.7MA0.3Sn0.5Pb0.5I3。前驱体溶液由体积比为2:1-4:1的DMF和DMSO混合溶剂制得，FAI/MAI和PbI2/SnI2的摩尔比分别为0.7:0.3和0.5:0.5，(FAI+MAI)/(PbI2+SnI2)的摩尔比为1:1，在前驱体溶液中加入SnF2，相对于SnI2为5-15mol％，将前驱体溶液在室温下搅拌0.5-1.5h，随后将其经过0.22μm孔径的聚四氟乙烯(PTFE)膜过滤，含锡钙钛矿活性层是通过两步旋涂过程沉积的:(1)500-1000rpm转速运行5-10秒，(2)4000-5000rpm转速运行30-50秒，在第二步旋涂结束前10-20秒时在旋转基底上滴入100-300μL乙酸乙酯，随后将基底进行退火处理，温度为90-110℃，时间为5-20分钟。
本发明所得到的一种以AuNCs掺杂PEDOT:PSS为空穴传输层的含锡钙钛矿太阳能电池及其制备方法，通过使用具有强耦合等离子体纳米结构、高透光率和优异稳定性的链状AuNCs；首先，AuNCs水溶液的引入降低了PEDOT:PSS成膜时自身PSS的含量，进一步利用AuNCs的金属特性和高强度等离子体诱导的局部电磁场以此提升PEDOT:PSS的电导率，从而可以有效促进器件的空穴抽取和传输效率；其次，AuNCs掺杂的PEDOT:PSS可以改善与含锡钙钛矿活性层间的界面相互作用，从而降低界面陷阱态诱导的电荷复合；最后，等离子体光散射以及AuNCs的一些近场耦合效应促进了更多的光被捕获，增强了光的吸收。本发明中AuNCs水溶液不仅可以与PEDOT:PSS互溶，而且AuNCs大的面积-体积比和长径比的特点可以使其与PEDOT:PSS聚合物分子链形成优异的网络结构来加强彼此相互作用。在最优掺杂浓度时，相对于不掺杂，可将器件短路电流密度和填充因子显著提高。因此，通过适量的掺杂，最终能量转换效率相对于不掺杂时提高4.7％-9.6％。
本发明技术方案：通过在PEDOT:PSS材料中掺入AuNCs的手段或方案，达到了形成新型的含锡钙钛矿太阳能电池的空穴传输层的效果。
1.在PEDOT:PSS材料中掺入AuNCs作为空穴传输层。效果在于：使得该材料作为空穴传输层时具有良好的透光率和稳定性，以及显著提升的空穴抽取、传输效率和增强的含锡钙钛矿活性层光吸收。
2.对PEDOT:PSS材料中掺入AuNCs的质量百分比进行优化调节。效果在于：确保该材料作为空穴传输层时同时具有提升的空穴抽取传输效率、增强的含锡钙钛矿活性层光吸收，以及优异的成膜性和器件界面相互作用。
附图说明
图1为本发明的以AuNCs掺杂PEDOT:PSS为空穴传输层的含锡钙钛矿太阳能电池的结构示意图；
图2为本发明的以AuNCs掺杂PEDOT:PSS为空穴传输层的含锡钙钛矿太阳能电池的制备方法流程图；
图3为实施例1的太阳能电池空穴传输层的透光率与波长关系图；
图4为实施例1与对比例中的太阳能电池的电流密度与电压关系图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
本发明提供一种以AuNCs掺杂PEDOT:PSS为空穴传输层的含锡钙钛矿太阳能电池，如图1所示自下而上其包括阳极基底、空穴传输层、含锡钙钛矿活性层、电子传输层、空穴阻挡层以及阴极层。
上述以AuNCs掺杂PEDOT:PSS为空穴传输层的含锡钙钛矿太阳能电池的制备工艺如图2所示，包括如下步骤：
步骤1、清洗阳极基底ITO；
步骤2、对所述清洗烘干的阳极基底ITO表面进行表面处理；
步骤3、在经步骤2处理过的阳极基底ITO表面旋涂AuNCs掺杂的PEDOT:PSS溶液并后退火处理制备空穴传输层；
步骤4、在上述空穴传输层表面旋涂制备含锡钙钛矿活性层；
步骤5、在上述活性层表面蒸镀电子传输层C60；
步骤6、在上述活性层表面蒸镀空穴阻挡层BCP；
步骤7、在上述电子传输层表面蒸镀阴极层Cu；
上述步骤结束后得到以AuNCs掺杂PEDOT:PSS为空穴传输层的含锡钙钛矿太阳能电池。
实施例1：
本实施例1中的以AuNCs掺杂PEDOT:PSS为空穴传输层的含锡钙钛矿太阳能电池器件结构为：ITO/PEDOT:PSS-AuNCs/FA0.7MA0.3Sn0.5Pb0.5I3/C60/BCP/Cu。
上述以AuNCs掺杂PEDOT:PSS为空穴传输层的含锡钙钛矿太阳能电池的制备工艺流程如下：
步骤1、依次用ITO玻璃清洗剂、去离子水、丙酮、异丙醇各超声清洗20分钟；随后用氮气吹干阳极基底；
步骤2、对所述清洗烘干的阳极基底(ITO)表面进行10分钟的等离子表面处理，该处理方法利用Plasma清洗机产生的等离子体清洗ITO表面残留有机物等，同时可以提高ITO表面的功函数；
步骤3、在经步骤2处理过的阳极基底ITO表面旋涂AuNCs掺杂的PEDOT:PSS溶液；所述空穴传输层由PEDOT:PSS与AuNCs掺杂而成，其中AuNCs的质量百分比为1％。AuNCs水溶液制备过程为：在充分搅拌的情况下，将浓度为12mg/mL的HAuCl4加入到体积为79ml的去离子水中，在90℃条件下进行加热。将浓度为10mg/mL的柠檬酸三钠和浓度为25mM的Na2CO3以及15ml的去离子水混合组成还原剂，将其在90℃条件下进行加热。然后，将还原剂混合溶液缓慢加入到HAuCl4溶液中，并保持90℃反应10min。待溶液在保持搅拌的情况下逐渐冷却至室温，随后再补充去离子水得到约100ml的胶体溶液。此后，加入5μL的HS-C2H4-COOH轻微振荡过夜，所得溶液于5℃保存。最后，将9×10-7的三聚氰胺储备液注入到金纳米粒子溶液中聚集形成AuNCs。将AuNCs水溶液掺杂于PEDOT:PSS溶液中，其中AuNCs的质量百分比为1％，混合溶液搅拌30min充分混合均匀后，以4000rpm转速旋涂在上述处理过的阳极基底表面上，时间为50s；将旋涂完的基底在130℃条件下退火处理，时间为20分钟，厚度为40nm；
步骤4、在上述空穴传输层表面旋涂钙钛矿活性层溶液；所述含锡钙钛矿活性层为FA0.7MA0.3Sn0.5Pb0.5I3。前驱体溶液由体积比为3:1的DMF和DMSO混合溶剂制得。FAI/MAI和PbI2/SnI2的摩尔比分别为0.7:0.3和0.5:0.5，(FAI+MAI)/(PbI2+SnI2)的摩尔比为1:1。在前驱体溶液中加入SnF2，相对于SnI2为10mol％。将前驱体溶液在室温下搅拌1h，随后将其经过0.22μm孔径的聚四氟乙烯(PTFE)膜过滤。钙钛矿薄膜是通过两步旋涂过程沉积的:(1)1000rpm转速运行5秒，(2)4000rpm转速运行50秒。在第二步旋涂结束前20s时在旋转基底上滴入100μL乙酸乙酯。活性层厚度为800nm左右。随后将基底以100℃进行退火处理10分钟。
步骤5、在上述含锡钙钛矿活性层表面蒸镀电子传输层C60，其厚度为20nm；
步骤6、在上述电子传输层表面蒸镀空穴阻挡层BCP，其厚度为5nm；
步骤7、在上述空穴阻挡层表面蒸镀阴极层Cu，其厚度为70nm；
上述步骤结束后得到以AuNCs掺杂PEDOT:PSS为空穴传输层的含锡钙钛矿太阳能电池。
对比例
对比例与实施例1制备条件相同，不同之处在于空穴传输层为PEDOT:PSS，不掺杂AuNCs。
图3为实施例1的太阳能电池空穴传输层的透光率与波长关系图，其中曲线1为ITO阳极基底，曲线2为对比例中的空穴传输层PEDOT:PSS，曲线3为实施例1中的空穴传输层AuNCs掺杂PEDOT:PSS；从附图3可以看出曲线3和曲线2基本重合，其与对比例相比，二者差异不大，在350-850nm范围内，均具有很高的透光率。
图4为实施例1的以AuNCs掺杂PEDOT:PSS为空穴传输层的含锡钙钛矿太阳能电池与对比例中以PEDOT:PSS为空穴传输层的太阳能电池的电流密度与电压关系曲线图；其中曲线1实线为对比例中以PEDOT:PSS为空穴传输层的太阳能电池(结构为：ITO/PEDOT:PSS/FA0.7MA0.3Sn0.5Pb0.5I3/C60/BCP/Cu)的电流密度与电压曲线，曲线2点划线为实施例1的以AuNCs掺杂PEDOT:PSS为空穴传输层的含锡钙钛矿太阳能电池(结构为：ITO/PEDOT:PSS-AuNCs/FA0.7MA0.3Sn0.5Pb0.5I3/C60/BCP/Cu)的电流密度与电压曲线；从附图4可以看出对比例中以PEDOT:PSS为空穴传输层的太阳能电池其开路电压(Voc)为0.811V，短路电流密度(Jsc)为30.28mA/cm2，填充因子(FF)为71.3％；实施例1的以AuNCs掺杂PEDOT:PSS为空穴传输层的含锡钙钛矿太阳能电池其开路电压(Voc)为0.809V，短路电流密度(Jsc)为31.43mA/cm2，填充因子(FF)为75.5％。这说明AuNCs的引入可以有效提高空穴的抽取、传输和收集效率，促进活性层光吸收，从而提高器件短路电流密度和填充因子。
实施例2：
一种以AuNCs掺杂PEDOT:PSS为空穴传输层的含锡钙钛矿太阳能电池的制备工艺流程如下：
步骤1、依次用ITO玻璃清洗剂、去离子水、丙酮、异丙醇各超声清洗15分钟；随后用氮气吹干阳极基底；
步骤2、对所述清洗烘干的阳极基底(ITO)表面进行10分钟的等离子表面处理，该处理方法利用Plasma清洗机产生的等离子体清洗ITO表面残留有机物等，同时可以提高ITO表面的功函数；
步骤3、在经步骤2处理过的ITO基底表面旋涂AuNCs掺杂的PEDOT:PSS溶液；所述空穴传输层由PEDOT:PSS与AuNCs掺杂而成，其中AuNCs的质量百分比为0.5％。AuNCs水溶液制备过程为：在充分搅拌的情况下，将浓度为10mg/mL的HAuCl4加入到78ml的去离子水中，在80℃条件下进行加热，将浓度为8mg/mL的柠檬酸三钠和浓度为20mM的Na2CO3以及12ml的去离子水混合组成还原剂，将其在80℃条件下进行加热，然后，将还原剂混合溶液缓慢加入到HAuCl4溶液中，并保持80℃反应12.5min，待溶液在保持搅拌的情况下逐渐冷却至室温，随后再补充去离子水得到100ml的胶体溶液。此后，加入6.5μL的HS-C2H4-COOH轻微振荡过夜，所得溶液于3℃保存，最后，将14×10-7M的三聚氰胺储备液注入到胶体溶液中聚集形成AuNCs水溶液。将AuNCs水溶液掺杂于PEDOT:PSS溶液中，其中AuNCs的质量百分比为0.5％，混合溶液搅拌30min充分混合均匀后，以3500rpm转速旋涂在上述处理过的阳极基底表面上，时间为35s；将旋涂完的基底在150℃条件下退火处理，时间为20分钟，厚度为45nm；
步骤4、在上述空穴传输层表面旋涂钙钛矿活性层溶液；所述钙钛矿活性层为FA0.7MA0.3Sn0.5Pb0.5I3。前驱体溶液由体积比为2:1的DMF和DMSO混合溶剂制得。FAI/MAI和PbI2/SnI2的摩尔比分别为0.7:0.3和0.5:0.5，(FAI+MAI)/(PbI2+SnI2)的摩尔比为1:1。在前驱体溶液中加入SnF2，相对于SnI2为5mol％。将前驱体溶液在室温下搅拌0.5h，随后将其经过0.22μm孔径的聚四氟乙烯(PTFE)膜过滤。含锡钙钛矿活性层是通过两步旋涂过程沉积的:(1)800rpm转速运行8秒，(2)4500rpm转速运行40秒。在第二步旋涂结束前15s时在旋转基底上滴入200μL乙酸乙酯，含锡钙钛矿活性层厚度为700nm左右，随后将基底以90℃进行退火处理20分钟。
步骤5、在上述含锡钙钛矿活性层表面蒸镀电子传输层C60，其厚度为30nm；
步骤6、在上述电子传输层表面蒸镀空穴阻挡层BCP，其厚度为8nm；
步骤7、在上述空穴阻挡层表面蒸镀阴极层Cu，其厚度为90nm；
上述步骤结束后得到以AuNCs掺杂PEDOT:PSS为空穴传输层的含锡钙钛矿太阳能电池。
实施例3
一种以AuNCs掺杂PEDOT:PSS为空穴传输层的含锡钙钛矿太阳能电池的制备工艺流程如下：
步骤1、依次用ITO玻璃清洗剂、去离子水、丙酮、异丙醇各超声清洗30分钟；随后用氮气吹干阳极玻璃基底；
步骤2、对所述清洗烘干的阳极基底(ITO)表面进行5分钟的等离子表面处理，该处理方法利用Plasma清洗机产生的等离子体清洗ITO表面残留有机物等，同时可以提高ITO表面的功函数；
步骤3、在经步骤2处理过的ITO基底表面旋涂AuNCs掺杂的PEDOT:PSS溶液；所述空穴传输层由PEDOT:PSS与AuNCs掺杂而成，其中AuNCs的质量百分比为2％。AuNCs水溶液制备过程为：在充分搅拌的情况下，将浓度为11mg/mL的HAuCl4加入到体积为78.5ml的去离子水中，在85℃条件下进行加热，将浓度为9mg/mL的柠檬酸三钠和浓度为22.5mM的Na2CO3以及13.5ml的去离子水混合组成还原剂，将其在85℃条件下进行加热，然后，将还原剂混合溶液缓慢加入到HAuCl4溶液中，并保持85℃反应15min，待溶液在保持搅拌的情况下逐渐冷却至室温，随后再补充去离子水得到100ml的胶体溶液，此后，加入8μL的HS-C2H4-COOH轻微振荡过夜，所得溶液于7℃保存，最后，将12×10-7M的三聚氰胺储备液注入到胶体溶液中聚集形成AuNCs。将AuNCs水溶液掺杂于PEDOT:PSS溶液中，其中AuNCs的质量百分比为2％，混合溶液搅拌30min充分混合均匀后，以5000rpm转速旋涂在上述处理过的阳极基底表面上，时间为45s；将旋涂完的基底在140℃条件下退火处理，时间为17.5分钟，厚度为35nm；
步骤4、在上述空穴传输层表面旋涂钙钛矿活性层溶液；所述钙钛矿活性层为FA0.7MA0.3Sn0.5Pb0.5I3。前驱体溶液由体积比为4:1的DMF和DMSO混合溶剂制得。FAI/MAI和PbI2/SnI2的摩尔比分别为0.7:0.3和0.5:0.5，(FAI+MAI)/(PbI2+SnI2)的摩尔比为1:1。在前驱体溶液中加入SnF2，相对于SnI2为15mol％。将前驱体溶液在室温下搅拌1.5h，随后将其经过0.22μm孔径的聚四氟乙烯(PTFE)膜过滤。含锡钙钛矿活性层是通过两步旋涂过程沉积的:(1)500rpm转速运行10秒，(2)5000rpm转速运行30秒，在第二步旋涂结束前10s时在旋转基底上滴入300μL乙酸乙酯，活性层厚度为600nm左右，随后将基底以110℃进行退火处理5分钟。
步骤5、在上述含锡钙钛矿活性层表面蒸镀电子传输层C60，其厚度为25nm；
步骤6、在上述电子传输层表面蒸镀空穴阻挡层BCP，其厚度为6.5nm；
步骤7、在上述空穴阻挡层表面蒸镀阴极层Cu，其厚度为80nm；
上述步骤结束后得到以AuNCs掺杂PEDOT:PSS为空穴传输层的含锡钙钛矿太阳能电池。
实施例1-3与对比例的各参数对比见表1。从表1可以发现，实施例1的短路电流密度(Jsc)从30.28mA/cm2提升到31.43mA/cm2，填充因子从71.3％提升到了75.5％。这说明了用AuNCs对PEDOT:PSS进行掺杂，提高了PEDOT:PSS的空穴传输能力和促进了含锡钙钛矿活性层的光捕获，从而提高了短路电流密度，从而使得能量转换效率从17.51％提高到19.20％，提高了9.6％。从实施例1-3的数据可以看出，随着掺杂浓度提高，能量转换效率提高，到掺杂质量比达到1％时(实施例1)，提升最为显著，而大于这个掺杂量时，效果变差。说明适当的掺杂可以提高PEDOT:PSS的导电能力和改善其与含锡钙钛矿活性层的界面相互作用，使得载流子抽取、传输和收集效率提高，短路电流密度和填充因子增大。但过多的掺杂可能会破坏PEDOT:PSS的成膜，不利于形成平滑无缺陷的表面，导致器件效率降低。综上，AuNCs掺杂质量百分比为1％时，器件性能最优。
表1实施例1-3与对比例的各参数对比
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简化修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种以AuNCs掺杂PEDOT:PSS为空穴传输层的含锡钙钛矿太阳能电池，其特征是：包括依次层叠设置的阳极基底、空穴传输层、含锡钙钛矿活性层、电子传输层、空穴阻挡层、阴极层；所述空穴传输层由AuNCs掺杂PEDOT:PSS材料制备而成，将AuNCs溶液掺杂于PEDOT:PSS溶液中，其中AuNCs溶液质量百分比为0.5％-2％；所述含锡钙钛矿活性层为含有金属锡的所有有机-无机杂化钙钛矿或者无机钙钛矿；所述含锡钙钛矿活性层是通过两步旋涂过程沉积的：其中第一步：500-1000rpm转速运行5-10秒，第二步：4000-5000rpm转速运行30-50秒，第二步旋涂结束前在旋转基底上滴入乙酸乙酯；
其中AuNCs溶液制备过程为：在充分搅拌的情况下，将浓度为10mg/mL的HAuCl4加入到78ml的去离子水中，在80℃条件下进行加热，将浓度为8mg/mL的柠檬酸三钠和浓度为20mM的Na2CO3以及12ml的去离子水混合组成还原剂，将其在80℃条件下进行加热，然后，将还原剂混合溶液缓慢加入到HAuCl4溶液中，并保持80℃反应12.5min，待溶液在保持搅拌的情况下逐渐冷却至室温，随后再补充去离子水得到100ml的胶体溶液，此后，加入6.5μL的HS-C2H4-COOH轻微振荡过夜，所得溶液于3℃保存，最后，将14×10-7M的三聚氰胺储备液注入到胶体溶液中聚集形成AuNCs溶液。
2.根据权利要求1所述的一种以AuNCs掺杂PEDOT:PSS为空穴传输层的含锡钙钛矿太阳能电池，其特征是：所述阳极基底采用铟锡氧化物玻璃。
3.根据权利要求1所述的一种以AuNCs掺杂PEDOT:PSS为空穴传输层的含锡钙钛矿太阳能电池，其特征是：活性层厚度为600-800nm。
4.根据权利要求1所述的一种以AuNCs掺杂PEDOT:PSS为空穴传输层的含锡钙钛矿太阳能电池，其特征是：所述电子传输层为PCBM或C60，所述电子传输层厚度为20-30nm。
5.根据权利要求1所述的一种以AuNCs掺杂PEDOT:PSS为空穴传输层的含锡钙钛矿太阳能电池，其特征是：所述空穴阻挡层为BCP，所述空穴阻挡层厚度为5-8nm。
6.根据权利要求1所述的一种以AuNCs掺杂PEDOT:PSS为空穴传输层的含锡钙钛矿太阳能电池，其特征是：所述阴极层为Ag或Cu，所述阴极层厚度为70-90nm。
7.一种以AuNCs掺杂PEDOT:PSS为空穴传输层的含锡钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征是：包括如下步骤：
步骤一、清洗阳极基底，并对所述阳极基底的阳极层表面进行表面处理；
步骤二、在经过步骤一表面处理过的所述阳极层表面依次旋涂空穴传输层、含锡钙钛矿活性层；所述空穴传输层由AuNCs与PEDOT:PSS掺杂而成；
步骤三、在步骤二所述的含锡钙钛矿活性层表面依次蒸镀电子传输层、空穴阻挡层以及阴极层。
8.根据权利要求7所述的一种以AuNCs掺杂PEDOT:PSS为空穴传输层的含锡钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征是：步骤一中，所述阳极基底处理包括：首先依次用ITO玻璃清洗剂、去离子水、丙酮、异丙醇各超声清洗15-30分钟；随后用氮气吹干阳极基底；最后用Plasma清洗机对阳极基底表面进行5-10分钟的表面等离子体处理。
9.根据权利要求7所述的一种以AuNCs掺杂PEDOT:PSS为空穴传输层的含锡钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征是：步骤二中，所述空穴传输层的旋涂过程为：将AuNCs溶液掺杂于PEDOT:PSS溶液中，其中AuNCs溶液质量百分比为0.5％-2％，混合溶液搅拌一段时间充分混合均匀后，以3500-5000rpm转速旋涂在上述处理过的阳极基底表面上，时间为35-50秒；将旋涂完的阳极基底进行退火处理，温度为130-150℃，时间为15-20分钟。
10.根据权利要求7所述的一种以AuNCs掺杂PEDOT:PSS为空穴传输层的含锡钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征是：步骤二中，所述含锡钙钛矿活性层是通过两步旋涂过程沉积的：其中第一步：500-1000rpm转速运行5-10秒，第二步：4000-5000rpm转速运行30-50秒，第二步旋涂结束前10-20秒时在旋转基底上滴入100-300μL乙酸乙酯，随后进行退火处理，温度为90-110℃，时间为5-20分钟。
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Non-Patent Citations (2)
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|---|
| Highly sensitive and fast perovskite photodetector functionalized by plasmonic Au nanoparticles-alkanethiol assembly;Ju A. La, JoonHyun Kang, Ji Young Byun et al.;《Applied Surface Science》;第538卷;1-10 * |
| Highly sensitive and fast perovskite photodetector functionalized by plasmonic Au nanoparticles-alkanethiol assembly;Ju A. La, JoonHyun Kang, Ji Young Byun et al.;Applied Surface Science;20201001;第538卷;1-10 * |
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