CN116284783B - 基于多功能共聚物/金属复合电极的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

基于多功能共聚物/金属复合电极的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116284783B
CN116284783B CN202310354558.9A CN202310354558A CN116284783B CN 116284783 B CN116284783 B CN 116284783B CN 202310354558 A CN202310354558 A CN 202310354558A CN 116284783 B CN116284783 B CN 116284783B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
substrate
perovskite
solar cell
transport layer
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
CN202310354558.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116284783A (zh
Inventor
李雄
李琳
曾海鹏
郑鑫
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.)
Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
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 Huazhong University of Science and Technology filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN202310354558.9A priority Critical patent/CN116284783B/zh
Publication of CN116284783A publication Critical patent/CN116284783A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116284783B publication Critical patent/CN116284783B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G75/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing sulfur with or without nitrogen, oxygen, or carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G75/02Polythioethers
    • C08G75/04Polythioethers from mercapto compounds or metallic derivatives thereof
    • C08G75/045Polythioethers from mercapto compounds or metallic derivatives thereof from mercapto compounds and unsaturated compounds
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549Organic PV cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种新型多功能共聚物PDMEA/金属复合电极,并制备得到高性能稳定复合金属电极的钙钛矿太阳能电池;该太阳能电池包括依次设置的衬底层、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、界面修饰层以及上述复合金属电极。本发明公布的这种复合金属电极能够有效提高金属电极的抗腐蚀能力,并且基于复合金属电极的钙钛矿光伏器件不会影响器件的光电转换效率,但是显著提升器件的长期工作稳定性。

Description

基于多功能共聚物/金属复合电极的钙钛矿太阳能电池及其 制备方法
技术领域
本发明涉及钙钛矿太阳能电池技术领域,具体是指一种修饰钙钛矿太阳能电池金属电极的聚合物、复合金属电极和太阳能电池。
背景技术
卤化物钙钛矿太阳能电池因其卓越的光电性能和低成本的制造工艺而成为下一代光伏技术,并且单结太阳能电池的功率转换效率超过25%。虽然太阳能电池的效率已经被证明,但要实现商业化,必须突破太阳能电池在水分、氧气、光照、外加电场和热应力的作用下的长期稳定性瓶颈。
钙钛矿太阳能电池的不可逆降解远远超前于钙钛矿层的降解,在金属电极中也出现了稳定性问题。在实际应用中,钙钛矿活性层会不可避免的释放挥发性物质(如HI和I2)。此类物质会快速与常用的金属电极(Ag、Al和Cu)发生反应,导致电极严重腐蚀。并且在光照或热老化条件下,光伏器件的金属电极会向下扩散到,会与钙钛矿层中跨界面迁移的碘元素发生氧化反应,在接触界面形成“针孔”等化学反应通道,进一步促进钙钛矿材料和电极之间化学反应。从而加速了钙钛矿薄膜的分解,金属的腐蚀,导致器件性能不可逆的衰减。
因此要制备出高效、稳定的钙钛矿太阳能电池,高性能金属电极的稳定化设计也是全面攻克制约器件稳定性的关键问题,目前也是太阳能电池领域的研究热点之一。
发明内容
针对背景技术提到的问题,本发明的目的是提供一种修饰钙钛矿太阳能电池金属电极的聚合物、复合金属电极和太阳能电池,光伏器件具有电极抗腐蚀能力强、光电转换效率高和稳定性好的特点。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种钙钛矿太阳能电池,包含依次层状分布的衬底、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、界面修饰层及复合金属电极。
该复合金属电极采用多功能共聚物对金属表面进行改性,制备得到共聚物/金属复合电极。该聚合物为聚(2-(2-甲基-3-(2-甲基丁酰氧基)乙氧基)-3-氧代丙基)硫代-3-甲硫基琥珀酸,简称PDMEA,结构式为:
进一步地,该金属电极为金属为Cu、Ag和/或Au电极。
进一步地,衬底为导电玻璃层,其为掺氟氧化锡导电玻璃和/或掺铟氧化锡导电玻璃。
进一步地,空穴传输层为NiOx、PTAA和/或PEDOT:PSS。
进一步地,钙钛矿吸光层为ABX3结构,其中A为FA+、MA+、Rb+、Na+、K+和/或Cs+中的一种或两种以上B为Pb2+、Sn2+、Ba2+、Ge2+、In3+、Sr2+、Co2+、Ge2+、Ca2+、Bi3+和/或Eu2+中的一种或二种以上,X为Cl、Br、I和/或SCN中的一种或二种以上。
进一步地,钙钛矿太阳能电池,电子传输层为PCBM和/或C60。
进一步地,界面修饰层为PEI和/ 或BCP。
进一步地,复合金属电极是使用共聚物PDMEA处理Cu、Ag和/或Au金属表面;
本发明的另外一个方面在于保护一种钙钛矿太阳能电池的制备方法,包括以下步骤:
S1、衬底预处理:使用洗涤剂对衬底进行洗涤,随后依次使用去离子水、乙醇和丙酮超声清洗10-20 min,然后用N2枪吹干备用,然后置于等离子处理机中处理3-8 min,改善衬底的表面浸润性并修饰其功率函数;
S2、空穴传输层的制备:空穴传输层的原料形成前驱溶液旋涂至S1所得衬底后退火,在衬底表面形成空穴传输层;
S3、钙钛矿吸光层的制备:配制钙钛矿吸光层前驱液,旋涂至S2所得空穴传输层后进行退火处理,形成钙钛矿吸光层;将碘化铯、溴甲胺、碘甲脒、碘化铅和溴化铅固体溶解在体积比为4:1的N, N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜混合试剂中,溶液的摩尔溶度为1.3-1.6mol/L,常温搅拌至完全溶解得到钙钛矿前驱液。将30-60 μL的钙钛矿溶液滴至空穴传输层基底上,依次使用1000-1500 rpm/8-12 s和4500-5500 rpm/20-30s 的转速分布旋涂。并在第二步旋涂结束前5-10 s垂直于制备好的空穴传输层表面匀速滴加反溶剂。旋涂完毕后以100-130℃进行热退火处理形成钙钛矿吸光层;
S4、电子传输层的制备:将电子传输材料和氯苯制备出电子传输层前驱体溶液,将此溶液旋涂至S3所得的钙钛矿光吸收层表面,以2000-3500 rpm/30-60 s转速旋涂形成电子传输层;
S5、界面修饰层制备:将界面材料和异丙醇制备出界面前驱体溶液,将此前驱体溶液滴涂到S4所得电子传输层表面,以5000-6000 rpm/40-60 s转速旋涂形成界面层;
S6、复合金属电极的制备:在SiO2基底热蒸镀一定厚度的金属薄膜,然后使用多功能共聚物PDMEA处理金属表面,随后将金属薄膜从SiO2基底剥离转移到S5所得界面修饰层上形成金属复合电极。
进一步地,步骤S6中,SiO2基底在蒸镀金属前需要热塑性聚氨酯处理,形成一层聚合物薄膜,利于蒸镀金属后将整个金属薄膜从SiO2基底剥离。
进一步地,步骤 S6中共聚物PDMEA处理金属表面,其浓度为2-4 mg/mL。
本发明公开一种新型多功能共聚物PDMEA。该共聚物含有高密度的巯醚和羧酸基团,可提供足够的位点与金属表面的悬挂键进行有效配位,从而制备出共聚物/金属复合电极。在该共聚物保护下,能够抑制钙钛矿组分一些易挥发含碘组分向上迁移时与金属电极之间的化学反应,提高电极在富碘环境下的抗腐蚀能力。并且共聚物与金属电极之间较强键合,能够有效抑制PSCs在长时间工作条件下其金属电极向下迁移到钙钛矿活性层造成器件的不可逆降解。
附图说明
图1为钙钛矿太阳能电池的示意图;
其中,1为ITO导电玻璃,2为空穴传输层,3为钙钛矿吸光层,4为电子传输层,5为界面修饰层,6为金属电极。
图2为聚合物PDMEA核磁共振谱图;
图3为本发明实施例2和对比例2制备Ag电极薄膜在含有或不含有PDMEA的FAPbI3中分散不同时间后的照片和X射线衍射仪技术(XRD)谱图。
图4本发明实施例3和对比例3制备的钙钛矿太阳能电池在老化后器件内部的Ag、I和S元素空间分布(二次离子质谱仪)。
图5本发明实施例4和对比例4制备的钙钛矿太阳能电池在老化后器件的Ag和Pb元素X射线光电子能谱。
图6为本发明实施例5和对比例5制备的钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压(J-V)曲线图。
图7为本发明实施例5和对比例5制备的钙钛矿太阳能电池的稳定性测试结果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示,一种钙钛矿太阳能电池,包含依次层状分布的衬底、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、界面修饰层及复合金属电极。
该复合金属电极采用多功能共聚物对金属表面进行改性,制备得到共聚物/金属复合电极。该聚合物为聚(2-(2-甲基-3-(2-甲基丁酰氧基)乙氧基)-3-氧代丙基)硫代-3-甲硫基琥珀酸,简称PDMEA,结构式为:
进一步地,该金属电极为金属为Cu、Ag和/或Au电极。
进一步地,衬底为导电玻璃层,其为掺氟氧化锡导电玻璃和/或掺铟氧化锡导电玻璃。
进一步地,空穴传输层为NiOx、PTAA和/或PEDOT:PSS。
进一步地,钙钛矿吸光层为ABX3结构,其中A为FA+、MA+、Rb+、Na+、K+和/或Cs+中的一种或两种以上B为Pb2+、Sn2+、Ba2+、Ge2+、In3+、Sr2+、Co2+、Ge2+、Ca2+、Bi3+和/或Eu2+中的一种或二种以上,X为Cl、Br、I和/或SCN中的一种或二种以上。
进一步地,钙钛矿太阳能电池,电子传输层为PCBM和/或C60。
进一步地,界面修饰层为PEI和/ 或BCP。
进一步地,复合金属电极是使用共聚物PDMEA处理Cu、Ag和/或Au金属表面;
本发明的另外一个方面在于保护一种钙钛矿太阳能电池的制备方法,包括以下步骤:
S1、衬底预处理:使用洗涤剂对衬底进行洗涤,随后依次使用去离子水、乙醇和丙酮超声清洗10-20 min,然后用N2枪吹干备用,然后置于等离子处理机中处理3-8 min,改善衬底的表面浸润性并修饰其功率函数;
S2、空穴传输层的制备:空穴传输层的原料形成前驱溶液旋涂至S1所得衬底后退火,在衬底表面形成空穴传输层;
S3、钙钛矿吸光层的制备:配制钙钛矿吸光层前驱液,旋涂至S2所得空穴传输层后进行退火处理,形成钙钛矿吸光层;将碘化铯、溴甲胺、碘甲脒、碘化铅和溴化铅固体溶解在体积比为4:1的N, N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜混合试剂中,溶液的摩尔溶度为1.3-1.6mol/L,常温搅拌至完全溶解得到钙钛矿前驱液。将30-60 μL的钙钛矿溶液滴至空穴传输层基底上,依次使用1000-1500 rpm/8-12 s和4500-5500 rpm/20-30s 的转速分布旋涂。并在第二步旋涂结束前5-10 s垂直于制备好的空穴传输层表面匀速滴加反溶剂。旋涂完毕后以100-130℃进行热退火处理形成钙钛矿吸光层;
S4、电子传输层的制备:将电子传输材料和氯苯制备出电子传输层前驱体溶液,将此溶液旋涂至S3所得的钙钛矿光吸收层表面,以2000-3500 rpm/30-60 s转速旋涂形成电子传输层;
S5、界面修饰层制备:将界面材料和异丙醇制备出界面前驱体溶液,将此前驱体溶液滴涂到S4所得电子传输层表面,以5000-6000 rpm/40-60 s转速旋涂形成界面层;
S6、复合金属电极的制备:在SiO2基底热蒸镀一定厚度的金属薄膜,然后使用多功能共聚物PDMEA处理金属表面,随后将金属薄膜从SiO2基底剥离转移到S5所得界面修饰层上形成金属复合电极。
进一步地,步骤S6中,SiO2基底在蒸镀金属前需要热塑性聚氨酯处理,形成一层聚合物薄膜,利于蒸镀金属后将整个金属薄膜从SiO2基底剥离。
进一步地,步骤 S6中共聚物PDMEA处理金属表面,其浓度为2-4 mg/mL。
实施例1
PDMEA聚合物的制备方法如下:2,3-二巯基丁二酸(1001 mg,5.5 mmol,DMSA)、乙二醇二甲基丙烯酸酯(975 mg,5 mmol,EGDMA)和安息香二乙醚(38 mg,反应物的2 wt%,DMPA)均匀分散在20 mL的THF溶液中。混合物在室温下用365 nm紫外灯(25 W)照射2 h。反应完成后,加入正己烷,得到固体粗产物。所得产物溶解THF溶液中,再加入己烷溶液使其出现沉淀。然后,用去离子水洗涤所得沉淀,最后得到白色粉末。该产品经过滤收集后使用,无需进一步纯化。其核磁谱图如图2所示,1HNMR (400 MHz, DMSO-d6): δ 4.23-4.29 (d,4H), δ 2.97-3.59 (t, 9H). δ 1.07-1.34(dd, 6H)。
实施例2
共聚物改性金属电极的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:清洗衬底:选用ITO导电玻璃作为衬底,使用玻璃洗涤剂进行洗涤,随后依次使用去离子水、丙酮和乙醇超声清洗15 min,然后用N2枪吹干备用。清洗干净后,置于Plasma中处理4 min,改善ITO基底的表面浸润性并修饰其功函;
步骤2:电极制备:将ITO基底转移到镀膜机的真空舱内来蒸镀Ag金属电极(真空度:~4×10−4Pa,蒸速:3Å/s)厚度约500 nm。
本发明制备得到的电极薄膜浸泡在FAPbI3的异丙醇分散体,其FAPbI3浓度为40mg/mL。ITO/Ag薄膜在浸泡6 h后的X射线衍射谱图3(a)所示。Ag薄膜在FAPbI3的异丙醇分散体6 h其薄膜出现新的衍射峰,其归属于AgI。此结果表明Ag单质在含有I-溶液易被腐蚀,发生化学反应生成AgI。
对比例2(实施例2的对比例)
按照实施例2的方法进行电极薄膜的制备,实施例2中的1-2步骤。
本发明制备得到的电极薄膜浸泡在FAPbI3的异丙醇分散体,其FAPbI3浓度为40mg/mL,加入使用PDMEA抑制剂(1.0 mg/mL)。ITO/Ag薄膜在浸泡6 h后的X射线衍射仪图如图3(b)所示。Ag薄膜在含有PDMEA抑制剂的FAPbI3分散体6 h并未出现新的衍射峰,表明PDMEA在一定程度上提高Ag电极的抗腐蚀能力。
实施例3
一种基于新型多功能交联共聚物PDMEA修饰制备钙钛矿太阳能电池,包括以下步骤:
步骤1:衬底预处理:选用ITO导电玻璃作为衬底,使用玻璃洗涤剂进行洗涤,随后依次使用去离子水、丙酮和乙醇超声清洗15 min,然后用N2枪吹干备用。清洗干净后,置于离子处理机中处理4 min,改善ITO基底的表面浸润性并修饰其功函;
步骤2:制备空穴传输层:取20 mg NiOx纳米粒子分散在1 mL去离子水中,振荡器震荡20 min。之后使用0.22 µm水系聚醚砜过滤成NiOx纳米粒子水溶液,待用。选择在超洁净台进行操作。湿度控制在45%,温度控制在25 ℃。将上述配置溶液取45μL 直接旋涂在ITO上,转速为 3500 rpm/40s,旋涂完毕后放置100 ℃热台上加热15 min,随后再拿到N2手套箱继续加热退火10 min。
步骤3:制备钙钛矿吸光层:将18.2mg的碘化铯、26.7 mg的溴甲胺、199.8 mg碘甲脒、580.9 mg碘化铅、和87.4 mg溴化铅固体溶解在1 mL体积比为4:1的N, N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜混合试剂中,溶液的摩尔溶度为1.4 mol/L,常温搅拌至完全溶解得到钙钛矿前驱液。将30 μL的钙钛矿溶液滴至ITO/空穴传输层基底上,依次使用1000 rpm/10 s(加速度:200 rpm/s2)和5000 rpm/25 s(加速度:1000 rpm/s2),共计35 s。在第30 s时,取110 μL的乙酸乙酯溶液滴至样品中心,反溶剂的使用尽量保持匀速且不间断。旋涂完毕后置120℃的热台上加热退火30 min;
步骤4:制备电子传输层:配置1mL浓度为20 mg/mL PCBM的氯苯溶液为电子传输层溶液,取25 μL所述PCBM溶液旋涂于步骤2所制备的钙钛矿光吸收层上,以3000 rpm/45 s(加速度:1000 rpm/s2)。旋涂完毕后再静置30 min,直至氯苯溶液全部挥发;
步骤5:界面修饰层:配置1 mL浓度为0.5 mg/mL的BCP的异丙醇溶液。取50 μL的BCP溶液动态旋涂,将溶液滴涂到电子传输层表面,转速为5000 rmp/50 s(加速度:3000rpm/s2);
步骤6:电极制备:将前面制备的样品基底转移到镀膜机的真空舱内来蒸镀Ag金属电极(真空度:~4×10-4Pa,蒸速:3Å/s)厚度约100 nm,电极的有效面积为1 cm2
本发明制备得到的钙钛矿太阳能电池在氮气手套箱的85 ℃热老化600 h后,器件的Ag、I和S元素空间分布(二次离子质谱仪)如图4(a)所示。在参比器件老化后,Ag-离子明显的向器件内部渗透,甚至到达底部空穴传输层。并且钙钛矿的组分I-在器件内部会穿越PCBM电子传输层吸附在顶部金属电极。表明PSCs在热老化下,器件内部会发生离子迁移。
对比例3(实施例3的对比例)
按照实施例3的方法进行PSCs的制备,实施例3中的1-3步骤保持不变,在此基础上,其步骤4-5具体为:
步骤4:界面修饰层:配置1 mL浓度为0.5 mg/mL的BCP的异丙醇溶液。取50 μL的BCP溶液动态旋涂,将溶液滴涂到电子传输层表面,转速为5000 rmp/50 s(加速度:3000rpm/s2);随后在BCP表面动态旋涂2 mg/mL PDMEA的乙酸乙酯溶液,转速为5000 rmp/50 s(加速度:3000 rpm/s2);
步骤5:电极制备:将前面制备的样品基底转移到镀膜机的真空舱内来蒸镀Ag金属电极(真空度:~4×10-4Pa,蒸速:3Å/s)厚度约100 nm,电极的有效面积为1 cm2
本发明制备得到的钙钛矿太阳能电池在氮气手套箱的85 ℃热老化600 h后,器件的Ag、I和S元素空间分布(二次离子质谱仪)如图4(b)所示。在器件老化后,I离子和Ag离子几乎固定于器件的原始层。表明PDMEA能够有效抑制器件内部离子迁移。
实施例4
一种基于新型多功能交联共聚物PDMEA修饰制备钙钛矿太阳能电池,其制备步骤与实施例3步骤1-4一致,主要差异在于步骤5不同:
步骤5:电极制备:将前面制备的样品基底转移到镀膜机的真空舱内来蒸镀Ag金属电极(真空度:~4×10-4Pa,蒸速:3Å/s)厚度约10 nm。
本发明制备得到的PSCs在氮气手套箱的85 ℃热老化600 h后,器件的Ag和Pb元素X射线光电子能谱如图5(a,c)所示。在器件老化后,在Ag 3d区域出现了两种化学状态的银(图5a),其中除了归属于Ag0的峰外,还有两个其结合能较低的峰归属于AgI(Ag+),再次证明含I元素的物质会向外扩散在金属电极表面产生物理吸附,从而发生化学反应生成AgIx。随后,使用胶带剥离除去银电极,再分别用异丙醇和氯苯冲洗除去钙钛矿上层的BCP和PCBM,然后用XPS测试存在钙钛矿层上表面的物质。在老化的器件的Pb 4f的XPS光谱中同时存在两种化学形态的铅其中一个归属于钙钛矿中Pb-I,另一个则归属于金属Pb0(图5c)。
对比例4(实施例4的对比例)
按照对比例3的方法进行PSCs的制备,对比例3中的1-4步骤保持不变,主要差异在于步骤5不同:
步骤5:电极制备:将前面制备的样品基底转移到镀膜机的真空舱内来蒸镀Ag金属电极(真空度:~4×10-4Pa,蒸速:3Å/s)厚度约10 nm。
本发明制备得到的PSCs在氮气手套箱的85 ℃热老化600 h后,器件的Ag和Pb元素X射线光电子能谱如图5(b, d)所示。器件老化,其Ag3d和Pb 4f的XPS谱图中,并没有归属于AgI和Pb0的多余峰出现。结果证明PDMEA聚合物与金属Ag之间的配位可起到扩散屏障的作用,能有效抑制金属和离子的扩散,从而防止钙钛矿层和电极彼此之间相互的腐蚀与损害。
实施例5
一种基于高性能稳定复合金属电极钙钛矿太阳电池制备,其步骤1-4与实施例3步骤1-4,步骤5-6具体如下:
步骤5:界面修饰层:配置1 mL浓度为2 mg/mL的PEI的异丙醇溶液。取50μL的PEI溶液动态旋涂,将溶液滴涂到电子传输层表面,转速为5000rmp/50 s(加速度:3000 rpm/s2);
步骤6:电极制备:将前面制备的样品基底转移到镀膜机的真空舱内来蒸镀Ag金属电极(真空度:~4×10-4Pa,蒸速:3Å/s)厚度约100 nm,电极的有效面积为1 cm2
对比例5(实施例5的对比例)
该对比例与实施例5的主要差异在于步骤5-6不同:
步骤5:界面修饰层:配置1 mL浓度为2 mg/mL的PEI的异丙醇溶液。取50μL的PEI溶液动态旋涂,将溶液滴涂到电子传输层表面,转速为5000rmp/50 s(加速度:3000 rpm/s2);
步骤6:电极制备:取20 mg TPU颗粒溶解在1mL N, N-二甲基甲酰胺溶液中,浓度为250 mg/mL。然后,将TPU溶液旋涂沉积在SiO2基底上,为之后从SiO2基底撕下完整的薄膜提供基础。然后,TPU/SiO2基底在60 ℃热退火,直至TPU薄膜中的N,N-二甲基甲酰胺溶剂挥发。随后,通过热蒸发在TPU薄膜上沉积100nm Ag薄膜。紧接着在其金属表面旋涂PDMEA溶液(2mg/mL的EA溶液),实现金属Ag电极功能化。紧接着,将TPU/Ag/PDMEA复合膜剥离,作为独立式透明电极。最后将复合膜转移叠压到PSCs的半电池PEI表面(半电池结构为:ITO/NiOx/钙钛矿/PCBM/PEI),在60 ℃/10min热退火。
图6为本发明实施例4和对比例制备的钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压(J-V)曲线图。从图6可以看出,经过聚合物PDMEA改性后,钙钛矿太阳能
电池的短路电流(J SC)、填充因子(FF)和开路电压(V OC)几乎没有变化,器件的能量转换效率为22.68%。表明使用这种物理叠压含有PDMEA的复合金属电极对器件的光电转换效率没有影响。
图7为本发明实施例4制备的钙钛矿太阳能电池的稳定性测试结果图,从图中可以看出,使用这种PDMEA/Ag复合电极的PSCs更加稳定,在氮气环境下85 ℃热老化3000 h,仍然保持初始效率的90%以上,而标准器件性能发生严重衰减,性能衰减初始效率51%左右。
上述实施例仅为本发明的具体实施例,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种修饰金属电极的聚合物,其特征在于:该聚合物为聚(2-(2-甲基-3-(2-甲基丁酰氧基)乙氧基)-3-氧代丙基)硫代-3-甲硫基琥珀酸,结构式为:
2.一种有机/金属复合金属电极,其特征在于:采用权利要求1所述聚合物PDMEA修饰金属电极制备得到复合电极。
3.根据权利要求2所述的复合金属电极,其特征在于:该金属电极为Cu、Ag和/或Au电极。
4.一种钙钛矿太阳能电池,其特征在于:该太阳能电池包括依次设置的衬底层、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、界面修饰层以及权利要求2所述复合金属电极。
5.根据权利要求4所述的钙钛矿太阳能电池,其特征在于:所述衬底层为导电玻璃层,所述导电玻璃层为掺氟氧化锡导电玻璃或掺铟氧化锡导电玻璃。
6.根据权利要求4所述的钙钛矿太阳能电池,其特征在于:所述空穴传输层为NiOx、PTAA或PEDOT:PSS。
7.根据权利要求4所述的钙钛矿太阳能电池,其特征在于:所述钙钛矿吸光层为ABX3结构,其中A为FA+、MA+、Rb+、Na+、K+和/或Cs+中的一种或两种以上,B为Pb2+、Sn2+、Ba2+、Ge2+、In3 +、Sr2+、Co2+、Ge2+、Ca2+、Bi3+和/或Eu2+中的一种或两种以上,X为Cl、Br、I和/或SCN中的一种或两种以上。
8.根据权利要求4所述的钙钛矿太阳能电池,其特征在于:所述电子传输层为PCBM和/或C60。
9.根据权利要求4所述的钙钛矿太阳能电池,其特征在于:所述界面修饰层为PEI或BCP。
10.一种权利要求4-9任一项所述钙钛矿太阳能电池的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
S1、衬底预处理:使用洗涤剂对衬底进行洗涤,随后依次使用去离子水、乙醇和丙酮超声清洗10-20 min,然后用N2枪吹干备用,然后置于等离子处理机中处理3-8 min,改善衬底的表面浸润性并修饰其功率函数;
S2、空穴传输层的制备:空穴传输层的原料形成前驱溶液旋涂至S1所得衬底后退火,在衬底表面形成空穴传输层;
S3、钙钛矿吸光层的制备:配制钙钛矿吸光层前驱液,旋涂至S2所得空穴传输层后进行退火处理,形成钙钛矿吸光层;将碘化铯、溴甲胺、碘甲脒、碘化铅和溴化铅固体溶解在体积比为4:1的N, N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜混合试剂中,溶液的摩尔溶度为1.3-1.6 mol/L,常温搅拌至完全溶解得到钙钛矿前驱液;将30-60 μL的钙钛矿溶液滴至空穴传输层基底上,依次使用1000-1500 rpm/8-12 s和4500-5500 rpm/20-30s 的转速分步旋涂;并在第二步旋涂结束的前5-10 s垂直于制备好的空穴传输层表面匀速滴加反溶剂;旋涂完毕后以100-130℃进行热退火处理形成钙钛矿吸光层;
S4、电子传输层的制备:将电子传输材料和氯苯制备出电子传输层前驱体溶液,将此溶液旋涂至S3所得的钙钛矿吸光层表面,以2000-3500 rpm/30-60 s转速旋涂形成电子传输层;
S5、界面修饰层制备:将界面材料和异丙醇制备出界面前驱体溶液,将此前驱体溶液滴涂到S4所得电子传输层表面,以5000-6000 rpm/40-60 s转速旋涂形成界面层;
S6、复合金属电极的制备:在SiO2基底热蒸镀一定厚度的金属薄膜,然后使用多功能共聚物PDMEA处理金属表面,随后将金属薄膜从SiO2基底剥离转移到S5所得界面修饰层上形成金属复合电极。
CN202310354558.9A 2023-04-06 2023-04-06 基于多功能共聚物/金属复合电极的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 Active CN116284783B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310354558.9A CN116284783B (zh) 2023-04-06 2023-04-06 基于多功能共聚物/金属复合电极的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310354558.9A CN116284783B (zh) 2023-04-06 2023-04-06 基于多功能共聚物/金属复合电极的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116284783A CN116284783A (zh) 2023-06-23
CN116284783B true CN116284783B (zh) 2024-05-03

Family

ID=86820220

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310354558.9A Active CN116284783B (zh) 2023-04-06 2023-04-06 基于多功能共聚物/金属复合电极的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116284783B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1154983A (zh) * 1995-05-12 1997-07-23 三井东压化学株式会社 以多硫化物为基础的树脂组合物,以多硫化物为基础的树脂,以及含有该树脂的光学材料
CN101506253A (zh) * 2006-06-22 2009-08-12 伊西康公司 内酰胺聚合物衍生物
CN108400249A (zh) * 2018-03-07 2018-08-14 华中科技大学鄂州工业技术研究院 一种基于高透明导电镍酸镧空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
AU2020100802A4 (en) * 2020-05-21 2020-06-25 Jinan University A fully-inorganic perovskite-type solar cell and its preparation method
CN114272959A (zh) * 2021-12-30 2022-04-05 江苏金杉新材料有限公司 湿法冶金用螯合树脂制备方法
CN115568237A (zh) * 2022-10-25 2023-01-03 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN115915787A (zh) * 2022-12-01 2023-04-04 昆明理工大学 稀土离子修饰空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3971593B2 (ja) * 2001-10-10 2007-09-05 株式会社カネカ 硬化性組成物
US11877504B2 (en) * 2021-04-14 2024-01-16 Purdue Research Foundation Mechanically robust and self-healable perovskite solar cells
US12110280B2 (en) * 2021-06-17 2024-10-08 International Business Machines Corporation AI assisted cyclic carbonate monomer synthesis

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1154983A (zh) * 1995-05-12 1997-07-23 三井东压化学株式会社 以多硫化物为基础的树脂组合物,以多硫化物为基础的树脂,以及含有该树脂的光学材料
CN101506253A (zh) * 2006-06-22 2009-08-12 伊西康公司 内酰胺聚合物衍生物
CN108400249A (zh) * 2018-03-07 2018-08-14 华中科技大学鄂州工业技术研究院 一种基于高透明导电镍酸镧空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
AU2020100802A4 (en) * 2020-05-21 2020-06-25 Jinan University A fully-inorganic perovskite-type solar cell and its preparation method
CN114272959A (zh) * 2021-12-30 2022-04-05 江苏金杉新材料有限公司 湿法冶金用螯合树脂制备方法
CN115568237A (zh) * 2022-10-25 2023-01-03 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN115915787A (zh) * 2022-12-01 2023-04-04 昆明理工大学 稀土离子修饰空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Dimethylacrylamide gels linked by dimethacrylate cross-linkers;Deniz Ceylan Tuncaboylu et al;Polymer Bulletin;20181213;第1-12页 *
有机无机掺杂钙钛矿太阳能电池界面的光氧失稳机理研究;葛杨 等;电子显微学报;20191231;第38卷(第6期);第585-592页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN116284783A (zh) 2023-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Dong et al. A green anti‐solvent process for high performance carbon‐based CsPbI2Br all‐inorganic perovskite solar cell
Liu et al. Hydrophobic Cu2O quantum dots enabled by surfactant modification as top hole‐transport materials for efficient perovskite solar cells
Liu et al. Hydrothermally treated SnO2 as the electron transport layer in high‐efficiency flexible perovskite solar cells with a certificated efficiency of 17.3%
Yang et al. Effective carrier‐concentration tuning of SnO2 quantum dot electron‐selective layers for high‐performance planar perovskite solar cells
Cheng et al. Progress in air-processed perovskite solar cells: from crystallization to photovoltaic performance
CN113224239B (zh) 一种原位生成水、热稳定的钝化层及具有钝化层的钙钛矿太阳能电池
Lu et al. Identifying the optimum thickness of electron transport layers for highly efficient perovskite planar solar cells
Zhao et al. Recent progress in high‐efficiency planar‐structure perovskite solar cells
CN106033797A (zh) 一种具有有机骨架结构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
Chen et al. Improving Moisture/Thermal Stability and Efficiency of CH3NH3PbI3‐Based Perovskite Solar Cells via Gentle Butyl Acrylate Additive Strategy
Baranwal et al. Fabrication of fully non-vacuum processed perovskite solar cells using an inorganic CuSCN hole-transporting material and carbon-back contact
Azam et al. Examining the interfacial defect passivation with chlorinated organic salt for highly efficient and stable perovskite solar cells
Hu et al. Ionic Liquid‐Assisted Crystallization and Defect Passivation for Efficient Perovskite Solar Cells with Enhanced Open‐Circuit Voltage
Tan et al. Chemical linkage and passivation at buried interface for thermally stable inverted perovskite solar cells with efficiency over 22%
CN114695668B (zh) 一种表面处理提高大面积柔性钙钛矿太阳电池性能的方法
Baltakesmez et al. Improved perovskite film quality and solar cell performances using dual single solution coating
CN114141952B (zh) 一种掺杂钙钛矿太阳能电池及其制备方法
Qiu et al. Highly efficient and stable perovskite solar cells produced by maximizing additive engineering
Huang et al. Efficient and stable hybrid conjugated polymer/perovskite quantum dot solar cells
Oh et al. Formation of Metal Cation/Oxidized Pyridine Complexes‐Based Bifunctional Interfacial Layer for Fabrication of Highly Efficient and Reproducible Perovskite Solar Cells
CN116284783B (zh) 基于多功能共聚物/金属复合电极的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN106960911A (zh) 一种双光敏层杂化太阳能电池及其制备方法
Chen et al. Organic fluorine-based trifluoroethyl methacrylate as effective defect passivators enabling high-efficiency and stable perovskite solar cells
Yan et al. Buried Interface‐The Key Issues for High Performance Inverted Perovskite Solar Cells

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