CN220422354U - 一种高效修饰剂1-丙基-3-甲基咪唑溴盐制备钙钛矿电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高效修饰剂1‑丙基‑3‑甲基咪唑溴盐制备钙钛矿电池,其中所述的钙钛矿修饰层是1‑丙基‑3‑甲基咪唑溴盐(PMIMBr),电子传输层包括[6,6]-苯基-C61-丁酸异甲酯(PCBM)层。基于1‑丙基‑3‑甲基咪唑溴盐(PMIMBr)修饰的钙钛矿太阳能电池,改善了钙钛矿薄膜与电子传输层之间的界面接触,钝化了钙钛矿薄膜中的Pb团簇缺陷,减少载流子在传输过程中的表面复合,进而降低开压损失,从而提升光电转换效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及太阳能电池技术领域,特别是涉及一种高效修饰剂1-丙基-3-甲基咪唑溴盐制备钙钛矿电池。
背景技术
有机无机杂化钙钛矿由于具有极长的载流子扩散长度、高的吸收系数和优异的载流子输运能力等诸多优势,从众多新型薄膜太阳能电池中脱颖而出成为研究热点。其光电转换效率从起初的3.8%提升到了现在的26.1%。其中反型结构的器件因为其制备工艺更简单、成本更低廉,能低温成膜,无明显的电流回滞效应,受到研究者们广泛关注。
研究表明,钙钛矿吸光层与电子传输层的界面处是缺陷态的主要富集地,水及氧分子易被此处缺陷态俘获,导致钙钛矿材料退化,降低电池的长期稳定性。在反型钙钛矿太阳能电池中,富勒烯衍生物PCBM被广泛应用于电子传输层,但是PCBM在钙钛矿薄膜上的覆盖度差、水阻隔能力弱、能级匹配差、界面接触差导致器件性能受到阻碍,器件的寿命降低;基于1-丙基-3-甲基咪唑溴盐修饰钙钛矿吸光层可以改善界面间的能级接触,增强钙钛矿吸光层和电子传输层之间的界面电荷注入和传输,为制备高效的钙钛矿电池打下基础。
发明内容
为了解决现有技术的不足,本实用新型提供了一种高效修饰剂1-丙基-3-甲基咪唑溴盐制备钙钛矿电池,该太阳能电池电子迁移率高、开路电压高、光电转换效率高。
一种高效修饰剂1-丙基-3-甲基咪唑溴盐制备钙钛矿电池,其特征在于,其结构至下而上依次为透明导电衬底、空穴传输层、钙钛矿吸光层、钙钛矿修饰层、电子传输层、缓冲层、金属电极;其所述的钙钛矿修饰层包括1-丙基-3-甲基咪唑溴盐,所述的电子传输层包括[6,6]-苯基-C61-丁酸异甲酯层,所述的钙钛矿吸光层与1-丙基-3-甲基咪唑溴盐层相连接,所述的1-丙基-3-甲基咪唑溴盐层上设有[6,6]-苯基-C61-丁酸异甲酯层,所述的电子传输层与缓冲层相连接;所述的1-丙基-3-甲基咪唑溴盐的厚度为1-10nm,所述的[6,6]-苯基-C61-丁酸异甲酯层的厚度为30-80nm。
所述的钙钛矿修饰层是通过1-丙基-3-甲基咪唑溴盐旋涂于钙钛矿吸光层得到。
所述空穴传输层材料为PTAA,其厚度为5-20nm。
所述钙钛矿吸光层的材料为FAxCs1-xPbI3,其厚度为400-700nm。
所述的缓冲层的材料为浴铜灵BCP或LiF,其厚度为1-5nm。
所述金属电极的材料为Ag或Cu电极,其厚度为80-120nm。
本实用新型具有如下有益效果:
(1)所述的钙钛矿修饰层1-丙基-3-甲基咪唑溴盐的引入改善了电子传输层与钙钛矿薄膜之间的界面接触,提升了PCBM在钙钛矿吸光层的表面覆盖。
(2)所述的钙钛矿修饰层1-丙基-3-甲基咪唑溴盐的引入提高PCBM的表面功函数,使其导带更加接近于钙钛矿的导带,增强界面电子从钙钛矿吸光层注入至电子传输层的过程。
所述的钙钛矿修饰层1-丙基-3-甲基咪唑溴盐钝化了钙钛矿薄膜中的Pb团簇缺陷,减少载流子在传输过程中的表面复合,进而降低开压损失。
附图说明
图1为本实用新型提供的一种高效修饰剂1-丙基-3-甲基咪唑溴盐制备钙钛矿电池的器件结构图;
图2为根据本实用新型的实施例及比较例制备的钙钛矿太阳能电池的空间电流限制电荷测试图;
图3为根据本实用新型的实施例及比较例制备的钙钛矿太阳能电池的伏安特性曲线;
附图说明:1-为透明导电衬底;2-为空穴传输层;3-为钙钛矿吸光层;4-为钙钛矿修饰层;5-为电子传输层;6-为缓冲层;7-为金属电极。
具体实施方式
本实用新型可以通过许多不同形式的实施例来得以体现,本实用新型的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。本说明书中公开的所有特征,除了互相排斥的特征和/或步骤以外,均可以以任何方式组合。下面结合附图对本实用新型作详细说明。
图1提供一种高效修饰剂1-丙基-3-甲基咪唑溴盐制备钙钛矿电池,至下而上依次包括透明导电基底1、空穴传输层极2、钙钛矿吸光层3、钙钛矿修饰层4、电子传输层5、缓冲层6、金属电极7。透明导电基底1优选为FTO或ITO,透明导电基底1上表面有空穴传输层2,空穴传输层2上表面有钙钛矿吸光层3,所述钙钛矿吸光层3上表面设置钙钛矿修饰层4,所述钙钛矿修饰层4为1-丙基-3-甲基咪唑溴盐,钙钛矿修饰层4上表面设置电子传输层5,所述电子传输层5为[6,6]-苯基-C61-丁酸异甲酯(PCBM),电子传输层5上表面设置阻挡层6优选为BCP,BCP层上表面设置金属电极7,金属电极7优选为银,从而得到钙钛矿太阳能电池。
实施例1
本实施例提供一种高效修饰剂1-丙基-3-甲基咪唑溴盐制备钙钛矿电池的制备方法,包括以下步骤:
该制备方法具体如下:
(1)准备工作:准备透明导电衬底1,分别用去D90、离子水、乙醇、丙酮、异丙醇、乙清洗基底,清洗结束后用氮气吹干基底,然后将基底紫外臭氧处理15min。
(2)空穴传输层2的制备:将2mL的甲苯加入到5mg的PTAA中加热搅拌,配置成PTAA浓度为2.5mg/mL的溶液用0.22μm过滤膜过滤后使用。在衬底上滴加100μL PTAA溶液后采用6000r/min的转速旋涂30s,然后在100℃退火10min,制备出PTAA薄膜,厚度大约10nm。
(3)钙钛矿光吸收层3的制备:3D钙钛矿材料FA0.83Cs0.17PbI2.7Br0.3前驱体溶液的制备:根据化学式中的摩尔比例分别称取FAI、CsI、PbBr2、PbI2于玻璃容器中。加入体积比为4:1的DMF,DMSO混合溶剂,在40℃的加热搅拌台上直到材料全部溶解。钙钛矿吸光层采用一步反溶剂法来制备。首先将配置好的前驱体溶液过滤后,在空穴传输层上先用1000r/min速度旋涂10s,再将转速提升至4000r/min旋涂30s,并在旋涂过程结束的前10s滴加450μL反溶剂氯苯(或含有BCP的氯苯),然后在120℃退火10min,厚度大约为520nm,从而得到所述钙钛矿光吸收层;
(4)所述钙钛矿修饰层4的制备:选用一定量的1-丙基-3-甲基咪唑溴盐加入氯苯配置成浓度为1mg/mL的溶液,常温搅拌2-3小时后,待其溶解后,再将1-丙基-3-甲基咪唑溴盐的氯苯溶液涂覆在钙钛矿吸光层3上,旋转速度为5000rpm,旋转时间为40s,旋涂结束后放置热台上80℃退火10min,厚度大约为5nm;
(5)所述电子传输层5的制备:选用PCBM加入氯苯配置成浓度为20mg/mL的溶液,在常温下过夜搅拌,用0.22μm过滤膜过滤后使用,然后均匀涂满整个基底,旋转速度为4000rpm,旋转时间为30s,旋涂结束后放在培养皿里静置干燥30min,得到厚度约为40nm的PCBM层;
(6)所述缓冲层6的制备:所述将BCP溶解于异丙醇溶剂中得到BCP溶液,溶解浓度为0.5mg/mL,将BCP溶液旋涂在电子传输层5上,旋涂参数为5000rpm,旋涂时间为40s,得到空穴阻挡层6BCP层,厚度大约为3nm;
(7)金属电极7的制备:真空条件下,在缓冲层6上蒸镀厚度为100nm的银作为金属电极7,获得基于1-丙基-3-甲基咪唑溴盐修饰电子传输层的钙钛矿太阳能电池。
本实施例制备的钙钛矿太阳能电池在100mW/cm2氙灯照射下的伏安特性曲线(J-V曲线)如图3所示。
本实施例提供对比例:
基于无钙钛矿修饰层的钙钛矿太阳能电池的制备:
(1)准备工作:准备透明导电衬底1,分别用去D90、离子水、乙醇、丙酮、异丙醇、乙清洗基底,清洗结束后用氮气吹干基底,然后将基底紫外臭氧处理15min。
(2)空穴传输层2的制备:将2mL的甲苯加入到5mg的PTAA中加热搅拌,配置成PTAA浓度为2.5mg/mL的溶液用0.22μm过滤膜过滤后使用。在衬底上滴加100μL PTAA溶液后采用6000r/min的转速旋涂30s,然后在100℃退火10min,制备出PTAA薄膜,厚度大约10nm。
(3)钙钛矿光吸收层3的制备:3D钙钛矿材料FA0.83Cs0.17PbI2.7Br0.3前驱体溶液的制备:根据化学式中的摩尔比例分别称取FAI、CsI、PbBr2、PbI2于玻璃容器中。加入体积比为4:1的DMF,DMSO混合溶剂,在40℃的加热搅拌台上直到材料全部溶解。钙钛矿吸光层采用一步反溶剂法来制备。首先将配置好的前驱体溶液过滤后,在空穴传输层上先用1000r/min速度旋涂10s,再将转速提升至4000r/min旋涂30s,并在旋涂过程结束的前10s滴加450μL反溶剂氯苯(或含有BCP的氯苯),然后在120℃退火10min,厚度大约为520nm,从而得到所述钙钛矿光吸收层;
(4)所述电子传输层5的制备:选用PCBM加入氯苯配置成浓度为20mg/mL的溶液,在常温下过夜搅拌,用0.22μm过滤膜过滤后使用,然后均匀涂满整个基底,旋转速度为4000rpm,旋转时间为30s,旋涂结束后放在培养皿里静置干燥30min,得到厚度约为40nm的PCBM层;
(5)所述缓冲层6的制备:所述将BCP溶解于异丙醇溶剂中得到BCP溶液,溶解浓度为0.5mg/ml,将BCP溶液旋涂在电子传输层4上,旋涂参数为5000rpm,旋涂时间为40s,得到空穴阻挡层6BCP层,厚度大约为3nm;
(6)金属电极7的制备:真空条件下,在缓冲层6上蒸镀厚度为100nm的银作为金属电极7,获得基于1-丙基-3-甲基咪唑溴盐修饰电子传输层的钙钛矿太阳能电池。
根据上述的实施例和对比例,结合图2,基于1-丙基-3-甲基咪唑溴盐修饰的钙钛矿薄膜的阱态密度为7.828×1015cm-3,比标准器件上的钙钛矿膜低(9.295×1015cm-3),此结果直接表明缺陷在电子传输层/钙钛矿吸光层界面中被1-丙基-3-甲基咪唑溴盐有效钝化。结合图3,一种高效修饰剂1-丙基-3-甲基咪唑溴盐制备钙钛矿电池的光电转换效率为19.3%,标准器件的光电转换效率为17.22%,效率提高了约12%,根据图3可以看出性能参数中开路电压Voc、短路电流Jsc以及填充因子FF均有改善,光电转化效率的改善来源于两个方面。首先,钙钛矿修饰层1-丙基-3-甲基咪唑溴盐的引入提高PCBM的表面功函数,使其导带更加接近于钙钛矿的导带,增强界面电子从钙钛矿吸光层注入至电子传输层的过程;其次钙钛矿修饰层1-丙基-3-甲基咪唑溴盐钝化了钙钛矿薄膜中的Pb团簇缺陷,减少载流子在传输过程中的表面复合,进而降低开压损失。提高了器件的光电转换效率。
如上所述即为本实用新型的实施例。本实用新型不局限于上述实施方式,任何人应该得知在本实用新型的启示下做出的结构变化,凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案,均落入本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种高效修饰剂1-丙基-3-甲基咪唑溴盐制备钙钛矿电池,其特征在于,其结构至下而上依次为透明导电衬底、空穴传输层、钙钛矿吸光层、钙钛矿修饰层、电子传输层、缓冲层、金属电极;其所述的钙钛矿修饰层包括1-丙基-3-甲基咪唑溴盐,所述的电子传输层包括[6,6]-苯基-C61-丁酸异甲酯层,所述的钙钛矿吸光层与1-丙基-3-甲基咪唑溴盐层相连接,所述的1-丙基-3-甲基咪唑溴盐层上设有[6,6]-苯基-C61-丁酸异甲酯层,所述的电子传输层与缓冲层相连接;所述的1-丙基-3-甲基咪唑溴盐的厚度为1-10nm,所述的[6,6]-苯基-C61-丁酸异甲酯层的厚度为30-80nm。
2.根据权利要求1所述的一种高效修饰剂1-丙基-3-甲基咪唑溴盐制备钙钛矿电池,其特征在于,所述的钙钛矿修饰层是通过1-丙基-3-甲基咪唑溴盐旋涂于钙钛矿吸光层得到。
3.根据权利要求1所述的一种高效修饰剂1-丙基-3-甲基咪唑溴盐制备钙钛矿电池,其特征在于,所述空穴传输层材料为PTAA,其厚度为5-20nm。
4.根据权利要求1所述的一种高效修饰剂1-丙基-3-甲基咪唑溴盐制备钙钛矿电池,其特征在于,所述钙钛矿吸光层的材料为FAxCs1-xPbI3,其厚度为400-700nm。
5.根据权利要求1所述的一种高效修饰剂1-丙基-3-甲基咪唑溴盐制备钙钛矿电池,其特征在于,所述的缓冲层的材料为浴铜灵BCP或LiF,其厚度为1-5nm。
6.根据权利要求1所述的一种高效修饰剂1-丙基-3-甲基咪唑溴盐制备钙钛矿电池,其特征在于,所述金属电极的材料为Ag或Cu电极,其厚度为80-120nm。
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CN202322042258.5U Active CN220422354U (zh) | 2023-08-01 | 2023-08-01 | 一种高效修饰剂1-丙基-3-甲基咪唑溴盐制备钙钛矿电池 |
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2023
- 2023-08-01 CN CN202322042258.5U patent/CN220422354U/zh active Active
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GR01 | Patent grant | ||
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