CN219612492U - 一种基于p3ht界面修饰的钙钛矿太阳电池 - Google Patents

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黄孝坤
黎健生
何翔
陈彩云
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江琳沁
熊浩
李平
林灵燕
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Abstract

本实用新型提供了一种基于P3HT界面修饰的钙钛矿太阳电池，钙钛矿太阳电池包括从下到上依次设置有FTO导电玻璃、SnO2电子传输层、钙钛矿层、P3HT界面修饰层、Spiro‑OMeTAD空穴传输层以及Au电极。所述FTO导电玻璃的厚度为350～450nm,SnO2电子传输层的厚度为20～50nm，钙钛矿层的厚度为200～500nm，P3HT界面修饰层的厚度为1～10nm，Spiro‑OMeTAD空穴传输层的厚度为100～300nm，Au电极的厚度为80～120nm。本实用新型采用聚‑3己基噻吩(P3HT)聚合物修饰的方式在钙钛矿层和空穴传输层之间形成P3HT界面修饰层，提升钙钛矿吸光层和空穴传输层的界面质量，起到了缺陷钝化和阻隔水分的协同作用。

Description

一种基于P3HT界面修饰的钙钛矿太阳电池
【技术领域】
本实用新型涉及薄膜太阳能领域，具体是一种基于P3HT界面修饰的钙钛矿太阳电池。
【背景技术】
有机-无机卤化物钙钛矿由于其优异的光电性能成为了光伏领域的明星材料。其低温溶液的制备方法摈弃了传统晶体硅需要清洗、刻蚀、气相沉积等复杂的工艺，极大地降低了太阳能电池的制作成本，具有很好的商业化前景。
然而，由于是溶液法制备，旋涂后的钙钛矿薄膜表面不可避免地存在许多缺陷，导致在电池的界面处产生严重的载流子复合，影响了器件的光电转化效率。同时，钙钛矿对水分非常敏感，而广泛采用的Spiro-OMeTAD空穴传输材料容易吸湿，这也将造成电池稳定性的下降。因此，提升钙钛矿吸光层和空穴传输层的界面质量，对于提升钙钛矿太阳能电池的性能有着非常重要的意义。
于是，很多研究工作聚焦于对钙钛矿薄膜进行改性，例如：
Zhao等人合成了一种由三苯胺和氨基官能团组成的有机小分子，将其旋涂在钙钛矿层上，发现其有效地降低了钙钛矿表面的缺陷态密度，并提升了钙钛矿层和空穴传输层之间的能级对齐(ACSAppl.Mater.Interfaces2020,12,8,9300–9306)；
Wang等人使用三种含磷的路易斯酸碱分子(TPPO,TMPP以及TPFP)进行界面修饰，发现它们同时能够降低钙钛矿的表面复合以及抑制钙钛矿的相分离，经过修饰后的钙钛矿电池效率达到了22.02％(Adv.Funct.Mater.2020,30,1910710)；
Zhang等人使用十二烷基三甲氧基硅烷剂修饰钙钛矿表面，其绝缘的长链烷基能够有效抑制电池中电子的回传，降低电池内部复合，经过修饰后的电池效率比未经修饰的提高了约30％(参见第CN201510005175号的中国实用新型)。
可见，目前现有技术主要是通过引入有机分子对钙钛矿的表面进行修饰，从而提升钙钛矿/Spiro-OMeTAD的界面质量。然而，有机分子由于自身不够稳定，能否长久有效地作用是一个考验；同时有机分子的合成需要复杂的化学合成工艺，制作成本较高；并且，有机分子的修饰虽然能够在一定程度上钝化钙钛矿的表面缺陷，但是很难同时阻隔水分从Spiro-OMeTAD进入钙钛矿层。
【实用新型内容】
本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种基于P3HT界面修饰的钙钛矿太阳电池，其采用聚-3己基噻吩(P3HT)聚合物修饰的方式在钙钛矿层和空穴传输层之间形成P3HT界面修饰层，提升钙钛矿吸光层和空穴传输层的界面质量，起到了缺陷钝化和阻隔水分的协同作用。
本实用新型是这样实现上述技术问题的：
一种基于P3HT界面修饰的钙钛矿太阳电池，所述钙钛矿太阳电池包括从下到上依次设置有FTO导电玻璃、SnO2电子传输层、钙钛矿层、P3HT界面修饰层、Spiro-OMeTAD空穴传输层以及Au电极。
进一步的，所述FTO导电玻璃的厚度为350～450nm,SnO2电子传输层的厚度为20～50nm，钙钛矿层的厚度为200～500nm，P3HT界面修饰层的厚度为1～10nm，Spiro-OMeTAD空穴传输层的厚度为100～300nm，Au电极的厚度为80～120nm。
进一步的，所述钙钛矿层材质为Cs0.05(FA0.83MA0.17)0.95Pb(I0.83Br0.17)3。
本实用新型的优点在于：
本实用新型采用一种聚-3己基噻吩(P3HT)聚合物修饰的方式在钙钛矿层和空穴传输层之间形成P3HT界面修饰层，提升钙钛矿吸光层和空穴传输层的界面质量。将P3HT界面修饰层置于钙钛矿层和Spiro-OMeTAD层之间，不会影响电池的空穴传输，其具有的S键可以与钙钛矿作用以吸附在钙钛矿上，而绝缘的长链烷烃链则起到很好的缺陷钝化作用。同时，疏水的烷烃长链能够有效地阻隔水分从Spiro-OMeTAD层渗透进钙钛矿层。因此，P3HT界面修饰层能够起到缺陷钝化和阻隔水分的协同作用。即与现有技术相比，P3HT界面修饰层的设定可以在提升电池光电转化效率的同时提升电池的稳定性，起到了缺陷钝化和阻隔水分的协同作用。
【附图说明】
下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。
图1是本实用新型一种基于P3HT界面修饰的钙钛矿太阳电池层级结构示意图。
图2是本实用新型经过P3HT修饰前后钙钛矿电池的I-V曲线图。
图3是本实用新型经过P3HT修饰前后钙钛矿电池的降解对比图。
【具体实施方式】
如图1所示，本实用新型涉及一种基于P3HT界面修饰的钙钛矿太阳电池，所述钙钛矿太阳电池包括从下到上依次设置有FTO导电玻璃1、SnO2电子传输层2、钙钛矿层3、P3HT界面修饰层4、Spiro-OMeTAD空穴传输层5以及Au电极6。
所述FTO导电玻璃1的厚度为350～450nm,SnO2电子传输层2的厚度为20～50nm，钙钛矿层3的厚度为200～500nm，P3HT界面修饰层4的厚度为1～10nm，Spiro-OMeTAD空穴传输层5的厚度为100～300nm，Au电极6的厚度为80～120nm。
所述钙钛矿层3材质为Cs0.05(FA0.83MA0.17)0.95Pb(I0.83Br0.17)3。
为了更好地理解上述技术方案，下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
先在FTO导电玻璃1上旋涂SnO2电子传输层2；再往SnO2电子传输层2上旋涂钙钛矿层3；然后在钙钛矿层3制备P3HT界面修饰层4，具体如下：先称量一定质量的P3HT颗粒，将其溶解于氯苯溶剂中，得到浓度为10mg/mL的P3HT溶液；当钙钛矿层3退火后，将溶解的P3HT溶液以2000rpm/s的转速旋涂在钙钛矿上，旋涂时间为120s；旋涂之后，在N2手套箱中静止30分钟，形成P3HT界面修饰层4，接着旋涂Spiro-OMeTAD空穴传输层5；最后在涂Spiro-OMeTAD空穴传输层5上制备Au电极6。各层级结构如图1所示。
上述各薄膜的厚度为：所述FTO导电玻璃的厚度为450nm,SnO2电子传输层的厚度为50nm，钙钛矿层的厚度为400nm，P3HT界面修饰层的厚度为5nm，Spiro-OMeTAD空穴传输层的厚度为200nm，Au电极的厚度为100nm。
对比例1
无P3HT界面修饰层，其余步骤与实施例1相同。
将实施例1制备的经P3HT界面修饰的钙钛矿太阳电池与对比例1未经P3HT界面修饰的钙钛矿太阳电池进行性能比对：
图2为经过P3HT修饰前后钙钛矿电池的I-V曲线图，从图中可知：未经P3HT修饰的钙钛矿电池的光电转化效率为13.8％(开路电压1.06V,短路电流为17.1mA/cm2,填充因子0.76),经过修饰后的电池效率为15.2％(开路电压1.08V,短路电流18.0mA/cm2,填充因子0.79)，相较于修饰前的提升了10％。可见，经过P3HT修饰处理后，钙钛矿电池的I-V特性有着明显的提升。
图3为经过P3HT修饰前后钙钛矿电池的降解对比图，其为在空气中放置一周后的降解情况，左图为未经P3HT界面修饰的钙钛矿太阳电池(对比例1)，右图为经P3HT界面修饰的钙钛矿太阳电池(实施例1)，从图中可知：同时在空气中放置一周后经P3HT界面修饰的钙钛矿太阳电池其降解程度显著降低。在对其进行性能测试，其中未修饰的钙钛矿电池的效率下降了大约94％，而经P3HT修饰后的钙钛矿电池效率只下降了大约31％。
综上，本实用新型采用一种聚-3己基噻吩(P3HT)聚合物修饰的方式在钙钛矿层和空穴传输层之间形成P3HT界面修饰层，提升钙钛矿吸光层和空穴传输层的界面质量。将P3HT界面修饰层置于钙钛矿层和Spiro-OMeTAD层之间，不会影响电池的空穴传输，其具有的S键可以与钙钛矿作用以吸附在钙钛矿上，而绝缘的长链烷烃链则起到很好的缺陷钝化作用。同时，疏水的烷烃长链能够有效地阻隔水分从Spiro-OMeTAD层渗透进钙钛矿层。因此，P3HT界面修饰层能够起到缺陷钝化和阻隔水分的协同作用。即与现有技术相比，P3HT界面修饰层的设定可以在提升电池光电转化效率的同时提升电池的稳定性，起到了缺陷钝化和阻隔水分的协同作用。
虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。

Claims (3)

1.一种基于P3HT界面修饰的钙钛矿太阳电池，其特征在于：所述钙钛矿太阳电池包括从下到上依次设置有FTO导电玻璃、SnO2电子传输层、钙钛矿层、P3HT界面修饰层、Spiro-OMeTAD空穴传输层以及Au电极。
2.如权利要求1所述的一种基于P3HT界面修饰的钙钛矿太阳电池，其特征在于：所述FTO导电玻璃的厚度为350～450nm,SnO2电子传输层的厚度为20～50nm，钙钛矿层的厚度为200～500nm，P3HT界面修饰层的厚度为1～10nm，Spiro-OMeTAD空穴传输层的厚度为100～300nm，Au电极的厚度为80～120nm。
3.如权利要求1或2所述的一种基于P3HT界面修饰的钙钛矿太阳电池，其特征在于：所述钙钛矿层材质为Cs0.05(FA0.83MA0.17)0.95Pb(I0.83Br0.17)3。
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