WO2024104629A1 - Additive for the coating of hydrophobic surfaces with halogenide perovskites - Google Patents

Additive for the coating of hydrophobic surfaces with halogenide perovskites Download PDF

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WO2024104629A1
WO2024104629A1 PCT/EP2023/074273 EP2023074273W WO2024104629A1 WO 2024104629 A1 WO2024104629 A1 WO 2024104629A1 EP 2023074273 W EP2023074273 W EP 2023074273W WO 2024104629 A1 WO2024104629 A1 WO 2024104629A1
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perovskite
precursor solution
layer
process according
hydrophobic
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PCT/EP2023/074273
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Thomas KIRCHARTZ
Zhifa LIU
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Forschungszentrum Jülich GmbH
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    • H10K30/00Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/50Photovoltaic [PV] devices

Definitions

  • perovskite modules must be considered a serious potential challenger to other solar technologies.
  • the efficiency was already 20.1% in 2015, over 25% since 2020 and is expected to continue to rise in the coming years (https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html), and the technology is also inexpensive.
  • the efficiency figures mentioned refer to pure perovskite solar cells. Although it is still in its early stages of development, the perovskite-based solar cell has shown outstanding potential for sustainability. It has a very short energy payback time and could potentially be the most environmentally friendly photovoltaic technology if further development can increase utilization and durability (J. Gong et al., Perovskite photovoltaics: life-cycle assessment of energy and environmental impacts.
  • Perovskites are a class of materials that includes an extremely large number of different substances that all have the same crystal structure. They are able to raise the efficiency of solar cells far beyond the limits of the classic silicon cell.
  • tandem cells While a simple silicon-based solar cell can only make optimal use of light in a certain wavelength range (red-yellow), a cell with a second semiconductor layer can be optimized so that each layer converts a different part of the light spectrum (green-blue) into electricity in the best possible way. These are then referred to as tandem cells.
  • perovskite cells have such a double structure, which has, for example, perovskite layers and silicon layers as semiconductor layers (also called absorber layers, e.g. in Fig. 1 and 2). These are therefore called silicon-perovskite tandem solar cells. They usually contain a 140 to 160 micrometer thick classic silicon disk, onto which a perovskite layer of a few micrometers is applied (along with other layers described below).
  • perovskite structure is originally the name of the natural mineral calcium titanate CaTiCh - have been known for a long time.
  • oxide perovskites were the basis for the further development of so-called superconductors.
  • GaAs has been suggested as an alternative, which is produced epitaxially at high temperatures using very complex equipment.
  • perovskites you can mix an "ink” from inexpensive chemicals, then apply (or print) it to a substrate at room temperature, and in this very simple way you get a good semiconductor.
  • the lead halide perovskites obtained in this way are semiconductors with numerous crystallographic defects, but these apparently do not have any serious effects and therefore still allow good solar cells to be produced.
  • perovskite solar cells In the early days of perovskite solar cells, the lifespan was unclear. One challenge is that the different perovskites can have very different levels of stability depending on their chemical composition.
  • Metal halide perovskites in particular have been intensively investigated in recent years with regard to their suitability for solar cells.
  • the Pb-I or Pb-Br bonds have special properties that make them suitable for use in solar cells.
  • Pbl2 alone would not be a good solar cell material. It has been shown that the lead and iodine must be brought into a crystal structure - the perovskite structure - that is suitable for solar cells.
  • Typical metal halide perovskites for photovoltaic applications are made up of a mixture of various cations (e.g. methylammonium MA, formamidinium FA, Cs, Rb, etc.) with oxidation state +1, cations with oxidation state +2 (almost exclusively Pb 2+ ) and anions (I; Br, CI').
  • a "triple cation" perovskite is widely used, which has Cs, FA and MA. Its formula can be represented as Cso.os MAiyFAssjgsPbOssBriy. It is also called CsMAFA (A. Al-Ashouri et al., Energy Environ.
  • a typical structure of a perovskite solar cell with a p-i-n structure (positively doped layer - intrinsically conductive layer - negatively doped layer) consists of a glass substrate with a transparent conductive oxide layer applied on top, e.g. B.
  • ITO indium tin oxide
  • a conductive hole transport layer applied on top usually made of an organic polymer such as PTAA (poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine] or polyTPD (poly[N,N'-bis(4-butylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)benzidine],
  • PTAA poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine]
  • polyTPD poly[N,N'-bis(4-butylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)benzidine]
  • Ceo fulllerene
  • the last layer is an electrode, which often consists of two layers.
  • Such solar cells are often combined with silicon solar cells to form so-called tandem solar cells.
  • a perovskite solar cell constructed as above is "stacked" on a silicon solar cell with a p-i-n-i-n structure, for example.
  • the Si solar cell then has no metal contact on the side facing the light.
  • the BCP/Ag contact in the perovskite solar cell must be replaced by several transparent layers. These typically consist of a thin layer of SnC>2 as protection against sputter damage and then a layer of indium tin oxide and a metal grid.
  • the individual layers of perovskite solar cells are sometimes applied (printed) on top of each other using liquid phase processes. Although some of the layers are well suited for solar cells due to their electronic properties, they are too hydrophobic to allow the subsequent layer to be applied evenly. As a result, the surface is only partially covered by the perovskite layer, which renders the solar cell unusable.
  • US 2022/0108847 A1 discloses an electronic device, such as a solar cell, comprising a layer of a perovskite material.
  • an additional layer of an oxysalt is provided between the perovskite layer and the hole transport layer.
  • the hole transport layer used here is PTAA.
  • the additional oxysalt layer is formed by applying a solution of the oxysalt to the perovskite layer and allowing a reaction to take place between the salt and the perovskite.
  • the oxysalt layer influences the electronic properties and increases the stability of the perovskite film.
  • PMMA Polymethyl methacrylate
  • acrylic is a transparent and rigid thermoplastic.
  • PMMA or acrylic is a widely used transparent plastic material known for its applications in various fields from car windows to smartphone screens to aquariums. It is a durable plastic that is easy to mold and is an alternative to the expensive and less durable glass.
  • PMMA has been used as a separate intermediate layer to passivate surface defects of the perovskite layer, but the thickness Due to the low conductivity of PMMA, the PMMA layer must be extremely thin (referred to as “ultrathin” in the publication, but not specified), i.e. probably a few nanometers thick (J. Peng et al., Nanoscale localized contacts for high fill factors in polymer-passivated perovskite solar cells. Science 2021 , 371 (6527), 390 — 395; J.
  • Peng et al. A Universal Double-Side Passivation for High Open-Circuit Voltage in Perovskite Solar Cells: Role of Carbonyl Groups in Poly(methyl methacrylate). Advanced Energy Materials 2018, 8 (30); H. Kim et al., Polymethyl Methacrylate as an Interlayer Between the Halide Perovskite and Copper Phthalocyanine Layers for Stable and Efficient Perovskite Solar Cells. Advanced Functional Materials 2021 , 32 (13)).
  • PMMA was incorporated into CsPbXs quantum dots (QDs-CsPbXs) to improve their stability and maintain their excellent optical properties (L. C. Chen, Influence of PMMA on All-Inorganic Halide Perovskite CsPbBr(3) Quantum Dots Combined with Polymer Matrix. Materials (Basel) 2019, 72 (6)).
  • PMMA has also been added to perovskite solutions to control perovskite crystal size and morphology in perovskite layers.
  • the polymer was in each case in a less polar solvent (THF) was added to the perovskite precursor solution, which greatly affected the film formation step.
  • MAPbh PMMA blend films showed uneven surface coverage and large roughness due to the unfavorable polymeric environment, which affected the uniform growth of the perovskite phase.
  • PTAA and Me-4PACz are not as hydrophobic as poly-TPD and P3HT, so it may be possible in some labs to spin coat them with perovskites because the environment such as temperature and humidity is very specific. It may therefore be possible for some labs to spin coat perovskites on Me-4PACz. However, this is not yet possible on poly-TPD, at least not for large area production.
  • the object of the invention was therefore to provide a process for producing Pb(II)-containing layers on hydrophobic substrates, in which a complete, gap-free coating is obtained.
  • the object is achieved by the method according to claim 1. It is characterized in that the Pb(II)-containing solution contains a polymer additive which has polar groups, namely polymethyl methacrylate (PMMA).
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • the invention provides a method for producing a perovskite layer on a hydrophobic layer and a solar cell having such a perovskite layer.
  • the use of PMMA as an additive for producing a Pb(II)-containing layer, in particular a Pb(II)-containing perovskite layer on a hydrophobic surface is also disclosed.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a perovskite-based tandem solar cell.
  • Fig. 2 is a schematic representation of a perovskite solar cell.
  • Fig. 3 shows the film quality of a perovskite layer according to the invention on a Me-4PACz surface as a function of the PMMA concentration of the perovskite precursor solution.
  • PMMA is used as the polymer additive.
  • the PMMA typically has an average weight molecular weight of about 10,000 to about 200,000 g/mol, preferably about 15,000 to about 100,000 g/mol.
  • PMMA any commercially available PMMA, e.g. from Sigma Aldrich, is suitable as PMMA.
  • the average weight-average molecular weight (determined by GC) is approx. 10,000 to approx. 120,000 g/mol, preferably approx. 15,000 to approx. 100,000 g/mol.
  • both PMMA with an average weight-average Mw of approx. 15,000 g/mol and PMMA with an average weight-average Mw of approx. 120,000 g/mol showed very good results, ie perovskite layers were obtained that completely covered the hydrophobic surface. It is assumed that PMMA with an average weight-average Mw that is too high, ie higher than approx. 120,000 g/mol, does not dissolve completely in the solvent of the precursor solution, so that weight-average molecular weights that are too high appear unsuitable.
  • the polymer additive PMMA is added to the Pb(II)-containing solution, which is then applied to the hydrophobic surface.
  • the polymer additive dissolves completely in the Pb(II)-containing or perovskite precursor solution, resulting in a clear, viscous solution.
  • the solvent is any solvent commonly used for Pb(II) compounds or perovskite precursors, in particular dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), N-methylpyrrolidone (NMP), 2-methoxyethanol or ⁇ -butyrolactone and mixtures thereof.
  • DMF dimethylformamide
  • DMSO dimethyl sulfoxide
  • NMP N-methylpyrrolidone
  • 2-methoxyethanol or ⁇ -butyrolactone 2-methoxyethanol or ⁇ -butyrolactone and mixtures thereof.
  • DMF or a mixture of DMF/DMSO in a volume ratio of 3:1 to 5:1, e.g. 4:1, is particularly preferably used.
  • Chlorobenzene and toluene are not suitable solvents for perovskite precursors. On the contrary, they are used as antisolvents, as described below.
  • the concentration of PMMA added to the Pb(II)-containing solution is generally 0.01 mg/ml to 1.5 mg/ml, preferably 0.03 to 1.2 mg/ml, particularly preferably 0.5 to 1.0 mg/ml, based on the Pb(II)-containing solution.
  • the hydrophobic surface which according to the invention acts as a hole conductor or transport layer in the case of solar cells, can be any hydrophobic surface.
  • a surface is particularly hydrophobic if the constituent polymer or molecule has numerous alkyl groups and/or longer-chain alkyl groups and/or aryl groups, as is the case with Me6-PACz or PTAA, for example, while Me-2PACz, 2PACz and V1036, for example, are not classified as hydrophobic. and Me-4-PACz is only slightly hydrophobic.
  • surfaces are considered to be hydrophobic in particular if their constituent polymer or molecule has one or more alkyl groups with a number of >3 carbon atoms and/or aryl groups.
  • the hydrophobic surface is a surface made of poly(N,N'-bis-4-butylphenyl-N,N'-bisphenyl)benzidine (polyTPD).
  • polyTPD is transparent and colorless, so it has no influence on the absorption behavior of the solar cell and is particularly suitable for perovskite solar cells.
  • PTAA polytriarylamine
  • P3HT poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)
  • Me-4PACz [4-(3,6-dimethyl-9H-carbazol-9-yl)butyl]phosphonic acid
  • Me-6PACz 6-(3,6-dimethyl-9/7-carbazol-9-yl)hexyl)phosphonic acid
  • the polymer or molecule that forms the hydrophobic surface is selected according to the perovskite layer to be applied.
  • the choice of material depends on the ionization potential of the molecule or polymer and the perovskite to be applied subsequently or on the position of its valence band.
  • the surface to be coated with the precursor solution or the hole conductor in particular does not consist of PEDOT:PSS (poly-3,4-ethylenedioxythiophene: sodium polystyrene sulfonate).
  • PEDOT:PSS poly-3,4-ethylenedioxythiophene: sodium polystyrene sulfonate.
  • This polymer is hygroscopic and therefore hydrophilic.
  • the hydrophobic surface is prepared by any conventional method, e.g. by applying a solution containing the constituent polymer, e.g. in toluene, chlorobenzene, dichlorobenzene, isopropanol, ethanol or another skilled known conventional solvents, on a substrate, e.g. glass/ITO or plastic/ITO, by e.g. spin coating, and subsequent drying.
  • a solution containing the constituent polymer e.g. in toluene, chlorobenzene, dichlorobenzene, isopropanol, ethanol or another skilled known conventional solvents
  • Pb(II) salts come into consideration as Pb(II)-containing compounds, in particular lead(II) halides and lead acetate, particularly preferably Pbl2, PbBr2, and Pb(OAc) 2 .
  • the perovskite precursor compounds are selected from halides of metals, in particular Pb and Cs, and halides of organic cations, in particular methylammonium (MA) and formamidinium (FA).
  • the halides are selected from bromide, iodide and chloride and are preferably iodide and/or bromide, particularly preferably iodide or both iodide and bromide.
  • the perovskite precursors are particularly preferably Pbl2, PbBr2, MAI, FAI and Csl.
  • the molar ratio of iodide : bromide, when both are present, in the perovskite precursor solution is arbitrary. It determines the size of the band gap and is therefore selected appropriately to achieve the desired band gap. It is e.g. 5:1 to 1:5, 4:1 to 1:4, 3.5:1 to 1:3.5, e.g. 3.5:1.
  • the molar ratio of the cations Pb:MA:FA:Cs in the perovskite precursor solution is 1.2:0.26:0.88:0.06.
  • the Pb(II) compound is preferably selected from Pbl2, PbBr2 and Pb(CH3COO)2.
  • the perovskite obtained according to the invention by the claimed process is preferably FAPbh, MAPbh, Cs x FAi. x Pbl3 or Cs x FA y MAi. xy Pb(l z Bri.
  • the precursor solution is obtained by dissolving the Pb(II) compounds or perovskite precursors in a suitable solvent, in particular a polar aprotic solvents, for example in dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), N-methylpyrrolidone (NMP), 2-methoxyethanol or y-butyrolactone.
  • a suitable solvent in particular a polar aprotic solvents, for example in dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), N-methylpyrrolidone (NMP), 2-methoxyethanol or y-butyrolactone.
  • DMF or a mixture of DMF/DMSO e.g. in a volume ratio of 3:1 to 5:1, in particular 4:1, is preferably used.
  • the Pb-(II) and any other compounds are dissolved in the solvent by stirring, e.g. at room temperature for 2 hours, and the solution is usually filtered before further use, e.g. with a 0.45 pm PTFE filter.
  • the precursor solution is then applied to the hydrophobic surface by a conventional process, e.g. by spin coating, slot die coating, blade coating, inkjet printing or roller coating.
  • spin coating is applied in a two-step process at different speeds, e.g. 1400 rpm for 15 seconds with a ramp rate of 350 rpm/second and then 6000 rpm for 30 seconds with a ramp rate of 767 rpm/second.
  • an antisolvent is applied, if desired, preferably by dripping.
  • the antisolvent is e.g. anisole.
  • other common antisolvents are also suitable, such as chlorobenzene, dichlorobenzene, toluene or trimethylbenzene.
  • the antisolvent initiates the crystallization of the perovskite (see A. D. Taylor et al., Nature Communications https://doi.org/10.1038/s41467-021-22049-8).
  • the amount and duration of the application of the antisolvent are known to the person skilled in the art and can be suitably selected, for example, based on the aforementioned publication by Taylor.
  • the precursor solution according to the invention containing the polymer additive forms a liquid film on the hydrophobic surface that is visible to the naked eye and that does not run off when tilted but adheres to the surface.
  • a drop of the additive-containing precursor solution according to the invention applied with a pipette cannot be completely sucked off the surface again with the pipette because the solution adheres too strongly.
  • the resulting film is dried and then heated. Heating is carried out, for example, to 80 to 120 °C, preferably 90 to 110 °C, particularly preferably about 100 °C for 15 to 45 minutes, preferably 25 to 35 minutes, particularly preferably about 30 minutes.
  • the layer thickness of the resulting Pb(II) layer or perovskite layer is, for example, approximately 500 to 600 nm.
  • the layer thickness can be increased by increasing the concentration of the perovskite precursor solution, e.g. up to 1.0 pm.
  • the layer thickness can be determined, for example, by measuring a section of a sample obtained using an electron microscope.
  • the layer thickness can be determined in a known manner, e.g. by examining a section using a scanning electron microscope.
  • the layer thickness can also be determined using a profilometer, in which the height of a section through the layer is scanned with a needle that is slowly moved over the sample.
  • the coatings are usually produced on a laboratory scale in a glove box at 18 to 25 °C and in a nitrogen atmosphere with a maximum relative humidity of 1%. However, this is mainly done in this way to ensure that no Pb gets into the environment and that the employees carrying out the work are protected from Pb.
  • the expert knows the suitable conditions. For example, work is carried out at a room temperature of 18 to 25 °C and a relative humidity of 30 to 80%.
  • the resulting Pb(II)-containing layer or perovskite layer completely covers the hydrophobic surface. This means that no holes or gaps in the perovskite coating can be seen with the naked eye. Holes and even very small holes (so-called pinholes) are particularly clearly visible when the coated substrate is held against a light source, for example.
  • the perovskite layer is black in color and its completeness is therefore easily visible with the naked eye. Cracks can be present in the edge area, as can be seen in Fig. 3, for example; the entire area covered with the perovskite layer is large enough, however, that the The solar cell sizes specified below can be achieved and these covered areas have no holes or pinholes.
  • the layer quality can also be confirmed by an optical microscope or a scanning electron microscope. This clearly shows the complete coverage of the surface of the hydrophobic layer.
  • perovskite crystal structure can be confirmed by X-ray diffraction in a manner known to those skilled in the art. Sharp peaks appear in the X-ray diffraction spectrum as evidence of the presence of polycrystalline perovskite films.
  • the formation of the perovskite structure can already be recognized in known perovskites by the black color of the coating.
  • the area of the uncoated substrate is usually up to 2 cm x 2 cm on a laboratory scale.
  • On such a substrate for example, either one solar cell with an area of 1 cm x 1 cm or four solar cells with an area of 4 mm x 4 mm each can be applied.
  • substrates of up to 150 cm x 150 cm e.g. 100 cm x 100 cm, 40 cm x 40 cm or 30 cm x 30 cm are coated.
  • perovskite solar cell which contains a perovskite layer produced according to the method according to the invention. Otherwise, the solar cell contains the usual layers present in perovskite solar cells or tandem solar cells, which are produced in the usual way.
  • the perovskite solar cell comprises in particular a transparent substrate, a transparent anode applied thereon, an organic polymer hole transport layer provided thereon, the perovskite layer obtained according to the invention applied thereon, and thereon in this order an electron transport layer, a buffer layer and a cathode.
  • the transparent substrate consists, for example, of glass or transparent plastic, e.g. PET (polyethylene terephthalate), PI (polyimide) or PEN (polyethylene naphthalate).
  • PET polyethylene terephthalate
  • PI polyimide
  • PEN polyethylene naphthalate
  • the substrate can be planar or curved. It can be rigid or flexible.
  • the transparent electrode consists, for example, of a transparent conductive metal oxide, preferably antimony-doped tin oxide (ATO), indium tin oxide (ITO), fluorine-doped tin oxide (FTO) or aluminum-doped zinc oxide (AZO), preferably indium tin oxide (ITO).
  • ATO antimony-doped tin oxide
  • ITO indium tin oxide
  • FTO fluorine-doped tin oxide
  • AZO aluminum-doped zinc oxide
  • ITO indium tin oxide
  • the hole transport layer (hole conductor) is preferably a hydrophobic layer as defined above, for example a polyTPD layer or PTAA layer.
  • the electron transport layer consists, for example, of Ceo or PCBM ([6,6]-phenyl-Cei-butyric acid methyl ester), ICBA (T, 1 ", 4',4"-tetrahydro-di[1 ,4]methano-naphthaleno[1 ,2:2',3',56,60:2",3"][5,6]fullerene-C6o, also known as indene-Ceo-bisadduct, molecular formula CysH ) or ZnO.
  • the buffer layer consists, for example, of 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenathroline (BCP), LiF, polyethyleneimine (PEIE), tris-(8-hydroxyquinoline)aluminum (Alq 3 ), SnO x , or Ti(Nb)O x .
  • the cathode consists of a metal such as silver, copper or gold or alloys of these metals.
  • cathodes made of known non-metallic materials are also suitable for electrodes, such as graphite, ITO, FTO and the like.
  • polymethyl methacrylate as an additive for producing a perovskite layer on a hydrophobic surface is also claimed.
  • a typical process for producing perovskite solar cells according to the invention looks like this:
  • example 1 The pre-structured ITO substrates (2.0 x 2.0 cm 2 ) were cleaned ultrasonically for 10 minutes with soap (Hellmanex III), deionized water, acetone and isopropanol (IPA) one after the other.
  • the cleaned ITO substrates were treated with oxygen plasma for 12 minutes and placed in a glove box filled with N2.
  • the perovskite precursor solution which was prepared by mixing Pbl2 (0.80 mmol), PbBr2 (0.4 mmol), MAI (0.26 mmol), FAI (0.88 mmol), and Csl (0.06 mmol) in 1 mL of DMF, was added with 0.5 mg/mL of PMMA based on the perovskite precursor solution and stirred for 2 h at room temperature and filtered with a 0.45 pm PTFE filter before use.
  • the perovskite layer 120 ⁇ l of the perovskite precursor solution was spin coated onto the hydrophobic poly-TPD layer in two consecutive steps at 1400 rpm for 15 s (with a ramp rate of 350 rpm s -1 ) and 6000 rpm for 30 s with a ramp rate of 767 rpm s -1 . 10 s before the end of the program, 300 ⁇ l of anisole was dropped onto the film as an antisolvent. The samples were immediately annealed on a hot plate at 100 °C for 30 min.
  • Example 2 P3HT [poly(3-hexylthiophene)] 1.5 mg/ml in chlorobenzene
  • Example 3 Me-4PACz 1 mmol/ml (0.331 mg/ml) in ethanol
  • Example 4 PTAA, 1.5 mg/ml in toluene.
  • Example 5 Me-4PACz 1 mml/ml (0.331 g/ml) in ethanol, different concentrations of PMMA, namely 0.05 mg/ml, 0.1 mg/ml, 0.15 mg/ml and 0.2 mg/ml, each in DMF. The results are shown in Fig. 3.
  • Process for producing a coating containing one or more Pb(II) compounds on a hydrophobic surface by applying a precursor solution containing one or more Pb(II) compounds in an organic solvent; optionally subsequently applying an organic anti-solvent; and subsequently heating, characterized in that the precursor solution contains a polymer additive containing polar groups.
  • the precursor solution contains perovskite precursors, at least one of which is a Pb(II) compound, and the coating is a perovskite layer.
  • polymer additive is selected from polyalkyl methacrylate, polyalkyl acrylate, polyacrylate or a copolymer of polyalkyl methacrylate, polyalkyl acrylate and/or polyacrylate.
  • polymer additive is selected from polymethyl methacrylate (PMMA) and polyethyl methacrylate and is preferably PMMA.
  • the solvent of the precursor solution is a polar aprotic solvent, preferably dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), N-methylpyrrolidone (NMP), 2-methoxyethanol or ⁇ -butyrolactone or a mixture thereof, particularly preferably DMF.
  • a polar aprotic solvent preferably dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), N-methylpyrrolidone (NMP), 2-methoxyethanol or ⁇ -butyrolactone or a mixture thereof, particularly preferably DMF.
  • the perovskite precursors are selected from halides of metals, in particular Pb and Cs, and halides of organic cations, in particular methylammonium (MAI) and formamidinium (FAI), wherein the halides are preferably selected from bromide, iodide and chloride, particularly preferably are iodide and/or bromide, and most preferably are iodide and bromide.
  • hydrophobic layer is selected from electrically conductive hydrophobic polymers, preferably from P3HT, polyTPD (poly[N,N'-bis(4-butylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)benzidine], PTAA (poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine]), Me-4PACz ([4-(3,6-dimethyl-9/7-carbazol-9-yl)butyl]phosphonic acid and Me-6PACz ([6-3,6-dimethyl-9H-carbazol-9-yl)hexyl]phosphonic acid.
  • electrically conductive hydrophobic polymers preferably from P3HT
  • polyTPD poly[N,N'-bis(4-butylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)benzidine]
  • PTAA poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine]
  • Me-4PACz [4-(3,6-
  • Perovskite solar cell characterized in that it contains a perovskite layer produced by the process according to one or more of [2] to [11].

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Abstract

The invention relates to a method for producing a coating, containing one or more Pb-(II) compounds, on a hydrophobic surface by applying a precursor solution, which contains one or more Pb-(II) compounds in an organic solvent; optionally then applying an organic anti-solvent; and then annealing, characterised in that the precursor solution contains a polymer additive containing polar groups, which is PMMA. The invention also relates to a solar cell which contains a Pb-(II) perovskite layer obtained in accordance with the method according to the invention, and the use of PMMA to produce perovskite layers on hydrophobic surfaces.

Description

Additiv für die Beschichtung hydrophober Oberflächen mit Halogenid- Perowskiten Additive for coating hydrophobic surfaces with halide perovskites
Beschreibung Description
In den letzten Jahrzehnten wurden zunehmend Solarzellen zur Erzeugung von Strom eingesetzt. Ursprünglich konzentrierte man sich hauptsächlich auf Solarzellen aus Silizium (monokristallin oder polykristallin). Da aber eine weitere Steigerung der Effizienz bzw. des Wirkungsgrads, der bei 26,7 % liegt, nicht mehr ohne weiteres möglich schien, wurde zunehmend nach anderen Möglichkeiten der Stromerzeugung durch Photovoltaik gesucht. In recent decades, solar cells have been increasingly used to generate electricity. Originally, the focus was mainly on solar cells made of silicon (monocrystalline or polycrystalline). However, since a further increase in efficiency, or rather the efficiency ratio, which is currently 26.7%, no longer seemed possible, people increasingly looked for other ways of generating electricity using photovoltaics.
Als sehr aussichtsreich wird aufgrund der günstigen Herstellung die Entwicklung von Solarmodulen auf Perowskit- Basis beurteilt. Die Zellen können deutlich dünner als Siliziumzellen gebaut werden. Problematisch ist bisher jedoch noch die teilweise geringe Haltbarkeit, der Schutz gegen Feuchtigkeit und der bei allen effizienten Perowskitzellen notwendige Anteil von Blei. The development of solar modules based on perovskite is considered very promising due to the low cost of production. The cells can be built much thinner than silicon cells. However, the problems so far are the sometimes low durability, the protection against moisture and the amount of lead required in all efficient perovskite cells.
Zwar ist es grundsätzlich möglich, Blei durch andere Elemente wie Zinn zu ersetzen, mit Stand 2016 blieben derartige Versuche jedoch weitgehend erfolglos, da Zinn allmählich oxidiert und damit die Kristallstruktur des Perowskits verloren geht. Although it is in principle possible to replace lead with other elements such as tin, as of 2016 such attempts have been largely unsuccessful because tin gradually oxidizes and thus the crystal structure of the perovskite is lost.
Nach den beständigen Wirkungsgradsteigerungen in den letzten Jahren müssen Perowskit-Module als ein ernstzunehmender potentieller Herausforderer für andere Solartechnologien betrachtet werden. Der Wirkungsgrad lag bereits 2015 bei 20,1 %, seit 2020 bei über 25 % und wird voraussichtlich in den nächsten Jahren weiter steigen (https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html), zudem ist die Technologie preisgünstig. Die genannten Wirkungsgrade beziehen sich auf reine Perowskit-Solarzellen. Obwohl sie noch am Anfang ihrer Entwicklung steht, hat die Perowskit-basierte Solarzelle ein herausragendes Potential für Nachhaltigkeit gezeigt. Sie weist eine sehr niedrige Energierücklaufzeit auf und könnte perspektivisch die umweltfreundlichste Photovoltaiktechnologie sein, wenn durch weitere Entwicklung Nutzungsgrad und Haltbarkeit gesteigert werden können (J. Gong et al., Perovskite photovoltaics: life-cycle assessment of energy and environmental impacts. Energy and Environmental Science 8, (2015), 1953-1968, doi:10.1039/c5ee00615e). Anfang 2022 gaben mehrere Hersteller an, kurz vor der Serienfertigung von Silizium- Perowskit-Tandem-Solarzellen, wobei hier der Zellenwirkungsgrad im Labor bereits bei ca. 31 % steht. After the consistent efficiency improvements in recent years, perovskite modules must be considered a serious potential challenger to other solar technologies. The efficiency was already 20.1% in 2015, over 25% since 2020 and is expected to continue to rise in the coming years (https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html), and the technology is also inexpensive. The efficiency figures mentioned refer to pure perovskite solar cells. Although it is still in its early stages of development, the perovskite-based solar cell has shown outstanding potential for sustainability. It has a very short energy payback time and could potentially be the most environmentally friendly photovoltaic technology if further development can increase utilization and durability (J. Gong et al., Perovskite photovoltaics: life-cycle assessment of energy and environmental impacts. Energy and Environmental Science 8, (2015), 1953-1968, doi:10.1039/c5ee00615e). At the beginning of 2022, several manufacturers announced that they were close to series production of silicon perovskite tandem solar cells, with the cell efficiency in the laboratory already at around 31%.
Bei Perowskiten handelt es sich um eine Stoffklasse, die eine extrem große Anzahl verschiedener Substanzen umfasst, die alle dieselbe Kristallstruktur aufweisen. Sie sind in der Lage, die Solarzelle weit über das Effizienzlimit der klassischen Siliziumzelle zu heben. Perovskites are a class of materials that includes an extremely large number of different substances that all have the same crystal structure. They are able to raise the efficiency of solar cells far beyond the limits of the classic silicon cell.
Während eine einfache Silizium-basierte Solarzelle nur das Licht in einem bestimmten Wellenlängenbereich optimal nutzen kann (rot-gelb), lässt sich eine Zelle mit einer zweiten Halbleiterschicht so optimieren, dass jede Ebene einen anderen Teil des Lichtspektrums (grün-blau) bestmöglich in Strom umwandelt. Man spricht dann von Tandemzellen. While a simple silicon-based solar cell can only make optimal use of light in a certain wavelength range (red-yellow), a cell with a second semiconductor layer can be optimized so that each layer converts a different part of the light spectrum (green-blue) into electricity in the best possible way. These are then referred to as tandem cells.
Ein Teil der heutigen Perowskit-Zellen verfügen über eine solche Doppelstruktur, die beispielsweise als Halbleiterschichten (auch als Absorberschicht bezeichnet, z.B. in Fig. 1 und 2) Perowskit-Schichten und Siliziumschichten aufweist. Diese werden daher als Silizium-Perowskit-Tandem-Solarzellen bezeichnet. Sie enthalten üblicherweise eine 140 bis 160 Mikrometer dicke klassische Siliziumscheibe, auf die man (neben weiteren unten beschriebenen Schichten) eine Perowskitschicht von wenigen Mikrometern auf bringt. Some of today's perovskite cells have such a double structure, which has, for example, perovskite layers and silicon layers as semiconductor layers (also called absorber layers, e.g. in Fig. 1 and 2). These are therefore called silicon-perovskite tandem solar cells. They usually contain a 140 to 160 micrometer thick classic silicon disk, onto which a perovskite layer of a few micrometers is applied (along with other layers described below).
Stoffe mit Perowskit-Struktur - Perowskit ist ursprünglich der Name des natürlichen Minerals Calciumtitanat CaTiCh- sind schon lange bekannt. In den 1980er Jahren waren oxidische Perowskite die Basis für die Weiterentwicklung sogenannter Supraleiter. Materials with a perovskite structure - perovskite is originally the name of the natural mineral calcium titanate CaTiCh - have been known for a long time. In the 1980s, oxide perovskites were the basis for the further development of so-called superconductors.
Tatsächlich wird erst seit Ende der 2000er-Jahre an Solarzellen aus Metall-Halogenid- Perowskiten geforscht, die sich in ihren elektronischen, optischen und mechanischen Eigenschaften sehr stark von oxidischen Perowskiten unterscheiden. Ein erster Bericht stammt aus dem Jahr 2009 (A. Kojima et al., J. Am Chem. Soc. 2009, 131 17, 6050- 6051). Ein Grund für das Tempo - und das weitere Potenzial - bei der Forschung an Perowskit-Solarzellen sind die niedrigen nichtstrahlenden Rekombinationskoeffizienten in bestimmten Blei-Halogenid Perowskiten, sowie die Möglichkeit, diese Materialien in guter elektronischer Qualität aus der Flüssigphase abzuscheiden. Normalerweise müssen Halbleiter für gute Solarzellen und Leuchtdioden hochrein sein, um einen hohen Wirkungsgrad zu haben. Ein Beispiel dafür ist einkristallines Si, wo es keinerlei Korngrenzen gibt. Alternativ wurde GaAs vorgeschlagen, welches epitaktisch mit einem sehr hohen apparativen Aufwand bei hohen Temperaturen hergestellt wird. Bei den Perowskiten kann man dagegen aus preiswerten Chemikalien eine „Tinte“ anrühren, diese dann bei Raumtemperatur auf ein Substrat auftragen (oder drucken) und erhält auf diese sehr einfache Art und Weise bereits einen guten Halbleiter. D.h. die auf diese Weise erhaltenen Blei-Halogenid-Perowskite sind Halbleiter mit zahlreichen kristallographischen Defekten, die aber offenbar keine gravierenden Auswirkungen haben und es daher trotzdem erlauben, gute Solarzellen herzustellen. In fact, research into solar cells made of metal halide perovskites, which differ greatly from oxide perovskites in their electronic, optical and mechanical properties, has only been underway since the end of the 2000s. A first report dates back to 2009 (A. Kojima et al., J. Am Chem. Soc. 2009, 131 17, 6050- 6051). One reason for the speed - and further potential - of research into perovskite solar cells is the low non-radiative recombination coefficients in certain lead halide perovskites, as well as the possibility of depositing these materials in good electronic quality from the liquid phase. Normally, semiconductors for good solar cells and LEDs have to be extremely pure in order to have a high level of efficiency. One example of this is single-crystal Si, where there are no grain boundaries. GaAs has been suggested as an alternative, which is produced epitaxially at high temperatures using very complex equipment. With perovskites, on the other hand, you can mix an "ink" from inexpensive chemicals, then apply (or print) it to a substrate at room temperature, and in this very simple way you get a good semiconductor. This means that the lead halide perovskites obtained in this way are semiconductors with numerous crystallographic defects, but these apparently do not have any serious effects and therefore still allow good solar cells to be produced.
Unklar war in der Anfangszeit der Perowskit-Solarzellen die Lebensdauer. Eine Herausforderung besteht darin, dass die unterschiedlichen Perowskite je nach chemischer Zusammensetzung sehr unterschiedlich stabil sein können. In the early days of perovskite solar cells, the lifespan was unclear. One challenge is that the different perovskites can have very different levels of stability depending on their chemical composition.
Insbesondere Metallhalogenid-Perowskite wurden in den vergangenen Jahren intensiv hinsichtlich ihrer Verwendbarkeit für Solarzellen untersucht. Metal halide perovskites in particular have been intensively investigated in recent years with regard to their suitability for solar cells.
Metallhalogenid-Perowskite wachsen in der Perowskitstruktur, aber das wichtige für ihre Funktion in Solarzellen ist nicht primär die Struktur, sondern die Blei-Halogenid Bindung. Die Pb-I oder Pb-Br Bindungen haben besondere Eigenschaften, die sie für die Verwendung in Solarzellen geeignet erscheinen lassen. Allerdings wäre Pbl2 alleine noch kein gutes Solarzellenmaterial. Es hat sich gezeigt, dass das Blei und das lod in eine Kristallstruktur - die Perowskitstruktur - gebracht werden muss, die für Solarzellen geeignet ist. Metal halide perovskites grow in the perovskite structure, but what is important for their function in solar cells is not primarily the structure, but the lead-halide bond. The Pb-I or Pb-Br bonds have special properties that make them suitable for use in solar cells. However, Pbl2 alone would not be a good solar cell material. It has been shown that the lead and iodine must be brought into a crystal structure - the perovskite structure - that is suitable for solar cells.
Typische Metallhalogenid-Perowskite für Anwendungen in der Photovoltaik sind aus einer Mischung verschiedener Kationen (beispielweise Methylammonium MA, Formamidinium FA, Cs, Rb u.ä.) mit Oxidationsstufe +1 , von Kationen mit Oxidationsstufe +2 (fast ausschließlich Pb2+) und Anionen (I; Br, CI’) aufgebaut. Verbreitet wird ein „triple cation“ Perowskit eingesetzt, der Cs, FA und MA aufweist. Seine Formel lässt sich als Cso.os MAiyFAssjgsPbOssBriy darstellen. Er wird auch CsMAFA bezeichnet (A. Al-Ashouri et al., Energy Environ. Sei 2019, D0l:10.1039/c9ee02268f). Die Eigenschaften eines Perowskits werden durch das Anionenverhältnis Br/I beeinflusst. Bei einem Br/I Verhältnis >20% wird beispielsweise zwar eine größere Bandlücke erzielt. Andererseits entstehen jedoch bei hohen Br/I- Verhältnissen Phaseninstabilitäten durch licht-induzierte Halogenidsegregation. Typical metal halide perovskites for photovoltaic applications are made up of a mixture of various cations (e.g. methylammonium MA, formamidinium FA, Cs, Rb, etc.) with oxidation state +1, cations with oxidation state +2 (almost exclusively Pb 2+ ) and anions (I; Br, CI'). A "triple cation" perovskite is widely used, which has Cs, FA and MA. Its formula can be represented as Cso.os MAiyFAssjgsPbOssBriy. It is also called CsMAFA (A. Al-Ashouri et al., Energy Environ. Sei 2019, D0l:10.1039/c9ee02268f). The properties of a perovskite are influenced by the anion ratio Br/I. For a Br/I ratio >20%, for example, a larger band gap is achieved. On the other hand, however, at high Br/I ratios, phase instabilities arise due to light-induced halide segregation.
Ein typischer Aufbau einer Perowskit-Solarzelle mit einer p-i-n Struktur (positiv dotierte Schicht - intrinsisch leitende Schicht - negativ dotierte Schicht) besteht aus einem Glassubstrat mit darauf aufgebrachter transparenter leitfähiger Oxidschicht, z. B. aus ITO (Indium-Zinn-Oxid), als Elektrode und einer darauf aufgebrachten leitfähigen Lochtransportschicht, üblicherweise aus einem organischen Polymer wie PTAA (Poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amin]oder polyTPD (poly[N,N‘-bis(4- butylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidin], Darauf befindet sich eine Perowskitschicht als halbleitende Absorberschicht. Als Elektronen-selektiver Kontakt wird beispielsweise Ceo (Fulleren) auf die Perowskitschicht aufgebracht. Als letzte Schicht fungiert eine Elektrode, die oft aus zwei Schichten besteht. Zunächst kommt eine dünne Schicht aus einem organischen Halbleiter mit einem starken Dipol (z.B. Bathocuproin) und dann eine etwa 100 nm dicke Metallelektrode aus Ag oder Cu. Ein Beispiel ist eine Bathocuproin- Elektrode ((BCP)/Cu oder BCP/Ag). Eine solche Perowskit-Solarzelle ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. A typical structure of a perovskite solar cell with a p-i-n structure (positively doped layer - intrinsically conductive layer - negatively doped layer) consists of a glass substrate with a transparent conductive oxide layer applied on top, e.g. B. from ITO (indium tin oxide), as an electrode and a conductive hole transport layer applied on top, usually made of an organic polymer such as PTAA (poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine] or polyTPD (poly[N,N'-bis(4-butylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)benzidine], On top of this there is a perovskite layer as a semiconducting absorber layer. Ceo (fullerene), for example, is applied to the perovskite layer as an electron-selective contact. The last layer is an electrode, which often consists of two layers. First comes a thin layer of an organic semiconductor with a strong dipole (e.g. bathocuproine) and then an approximately 100 nm thick metal electrode made of Ag or Cu. An example is a bathocuproine electrode ((BCP)/Cu or BCP/Ag). Such a perovskite solar cell is shown schematically in Fig. 2.
Häufig werden solche Solarzellen auch mit Silizium-Solarzellen kombiniert zu sogenannten Tandem-Solarzellen. Eine wie oben aufgebaute Perowskit-Solarzelle wird dabei beispielsweise auf eine Silizium-Solarzelle mit z.B. p-i-n-i-n-Struktur „gestapelt“. Die Si-Solarzelle hat dann auf der lichtzugewandten Seite keinen Metallkontakt. Dafür muss bei der Perowskit-Solarzelle der BCP/Ag Kontakt durch mehrere durchsichtige Schichten ersetzt werden. Diese bestehen typischerweise aus einer dünnen Schicht SnC>2 als Schutz vor Sputterschäden und dann einer Schicht aus Indium-Zinnoxid sowie einem Metallgrid. Such solar cells are often combined with silicon solar cells to form so-called tandem solar cells. A perovskite solar cell constructed as above is "stacked" on a silicon solar cell with a p-i-n-i-n structure, for example. The Si solar cell then has no metal contact on the side facing the light. For this, the BCP/Ag contact in the perovskite solar cell must be replaced by several transparent layers. These typically consist of a thin layer of SnC>2 as protection against sputter damage and then a layer of indium tin oxide and a metal grid.
Die einzelnen Schichten von Perowskit-Solarzellen werden teilweise mit Flüssigphasen- Verfahren übereinander aufgetragen (gedruckt). Manche der Schichten sind zwar aufgrund ihrer elektronischen Eigenschaften gut für Solarzellen geeignet, sie sind aber zu hydrophob, um einen gleichmäßigen Auftrag der nachfolgenden Schicht zu ermöglichen. Daher wird die Oberfläche nur unvollständig von der Perowskit-Schicht bedeckt, was zur Unbrauchbarkeit der Solarzelle führt. The individual layers of perovskite solar cells are sometimes applied (printed) on top of each other using liquid phase processes. Although some of the layers are well suited for solar cells due to their electronic properties, they are too hydrophobic to allow the subsequent layer to be applied evenly. As a result, the surface is only partially covered by the perovskite layer, which renders the solar cell unusable.
Für diese Problem wurden schon Lösungen vorgeschlagen wie Ultraviolett-Ozon- Behandlung (X. Xu, et al., J. Power Sources 360, 157 (2017)) oder die Verwendung von poly[(9,9-bis(3-(/V, /V-Dimethylamino)propyl)-2,7-fluorene)-a/t-2,7-(9,9-dioctyl-fluoren)] (PFN) als amphiphiles Grenzflächenkompatibilisierungsmittel (J. Lee et al., Adv. Mater. Solutions to this problem have already been proposed, such as ultraviolet ozone treatment (X. Xu, et al., J. Power Sources 360, 157 (2017)) or the use of poly[(9,9-bis(3-(/V, /V-dimethylamino)propyl)-2,7-fluorene)-a/t-2,7-(9,9-dioctyl-fluorene)] (PFN) as an amphiphilic interfacial compatibilizer (J. Lee et al., Adv. Mater.
29, 1606363 (2017)). Auch eine bestimmte zweistufige Verfahrensführung wurde vorgeschlagen, nämlich eine zweistufige durch Erhitzen unterstützte Interdiffusionsmethode (J. Höcker et al., Zeitschr. Naturforsch. 2019, 74, 665-672). In demselben Artikel wird auch berichtet, dass polyTPD als Lochtransportschicht in Kombination mit Vakuum-sublimiertem MAPbh-Perowskit eingesetzt wurde, dass aber der hydrophobe Charakter der polyTPD-Schicht eine Herausforderung darstellt. 29, 1606363 (2017)). A specific two-step process has also been proposed, namely a two-step heating-assisted interdiffusion method (J. Höcker et al., Zeitschr. Naturforsch. 2019, 74, 665-672). In the same article, it is also reported that polyTPD was used as a hole transport layer in combination with vacuum-sublimated MAPbh perovskite, but that the hydrophobic character of the polyTPD layer poses a challenge.
P. Tockhorn et al., Nano-optical designs for high-efficiency monolithic perovskite-silicon tandem solar cells, Nature Nanotechnology, publication date 24.10.2022, https://doi.org/10.1038/s41565-022-012228-8) schlagen vor, die Bildung von makroskopischen Löchern in Perowskitschichten auf planaren Me-4PACz-Oberflächen zu vermeiden, indem nanotexturierte Siliziumzellen mit einer Me-4PACz-Beschichtung als Substrate verwendet werden. Durch die Nanotexturierung, die in Form sinusoidaler Erhebungen im Submikrometerbereich vorliegt, werden Perowskitschichten gebildet, die keine mit bloßem Auge sichtbaren Löcher aufweisen. P. Tockhorn et al., Nano-optical designs for high-efficiency monolithic perovskite-silicon tandem solar cells, Nature Nanotechnology, publication date 24.10.2022, https://doi.org/10.1038/s41565-022-012228-8) propose to avoid the formation of macroscopic holes in perovskite layers on planar Me-4PACz surfaces by using nanotextured silicon cells with a Me-4PACz coating as substrates. The nanotexturing, which takes the form of sinusoidal elevations in the submicrometer range, forms perovskite layers that do not have holes visible to the naked eye.
US 2022/0108847 A1 offenbart ein elektronisches Gerät, wie u.a. eine Solarzelle, umfassend eine Schicht aus einem Perowskitmaterial. In der offenbarten Solarzellenanordnung ist zwischen der Perowskitschicht und der Lochtransportschicht eine zusätzliche Schicht aus einem Oxysalz vorgesehen. Die hier verwendete Lochtransportschicht ist PTAA. Die zusätzliche Oxysalzschicht wird gebildet, indem eine Lösung des Oxysalzes auf die Perowskitschicht aufgetragen wird und eine Reaktion zwischen dem Salz und dem Perowskit stattfindet. Die Oxysalzschicht beeinflusst die elektronischen Eigenschaften und erhöht die Stabilität des Perowskitfilms. US 2022/0108847 A1 discloses an electronic device, such as a solar cell, comprising a layer of a perovskite material. In the disclosed solar cell arrangement, an additional layer of an oxysalt is provided between the perovskite layer and the hole transport layer. The hole transport layer used here is PTAA. The additional oxysalt layer is formed by applying a solution of the oxysalt to the perovskite layer and allowing a reaction to take place between the salt and the perovskite. The oxysalt layer influences the electronic properties and increases the stability of the perovskite film.
Polymethylmethacrylat (PMMA), besser bekannt als Acryl, ist ein transparenter und steifer Thermoplast. PMMA oder Acryl ist ein weitverbreitetes transparentes Kunststoffmaterial, das für seine Anwendungen in verschiedenen Bereichen von Autoscheiben über Smartphone-Bildschirme bis hin zu Aquarien bekannt ist. Es ist ein widerstandsfähiger Kunststoff, der sich leicht formen lässt und eine Alternative zu dem teuren und weniger widerstandsfähigen Glas darstellt. Polymethyl methacrylate (PMMA), better known as acrylic, is a transparent and rigid thermoplastic. PMMA or acrylic is a widely used transparent plastic material known for its applications in various fields from car windows to smartphone screens to aquariums. It is a durable plastic that is easy to mold and is an alternative to the expensive and less durable glass.
In Perowskit-Solarzellen wurde PMMA bisher schon als separate Zwischenschicht verwendet, um Oberflächendefekte der Perowskit-Schicht zu passivieren, aber die Dicke der PMMA-Schicht muss dabei wegen der geringen Leitfähigkeit von PMMA extrem dünn sein (in der Publikation als „ultrathin“ bezeichnet, aber nicht spezifiziert), d.h. vermutlich wenige Nanometer dick (J. Peng et al., Nanoscale localized contacts for high fill factors in polymer-passivated perovskite solar cells. Science 2021 , 371 (6527), 390 — 395; J. Peng et al., A Universal Double-Side Passivation for High Open-Circuit Voltage in Perovskite Solar Cells: Role of Carbonyl Groups in Poly(methyl methacrylate). Advanced Energy Materials 2018, 8 (30); H. Kim et al., Polymethyl Methacrylate as an Interlayer Between the Halide Perovskite and Copper Phthalocyanine Layers for Stable and Efficient Perovskite Solar Cells. Advanced Functional Materials 2021 , 32 (13)). In perovskite solar cells, PMMA has been used as a separate intermediate layer to passivate surface defects of the perovskite layer, but the thickness Due to the low conductivity of PMMA, the PMMA layer must be extremely thin (referred to as “ultrathin” in the publication, but not specified), i.e. probably a few nanometers thick (J. Peng et al., Nanoscale localized contacts for high fill factors in polymer-passivated perovskite solar cells. Science 2021 , 371 (6527), 390 — 395; J. Peng et al., A Universal Double-Side Passivation for High Open-Circuit Voltage in Perovskite Solar Cells: Role of Carbonyl Groups in Poly(methyl methacrylate). Advanced Energy Materials 2018, 8 (30); H. Kim et al., Polymethyl Methacrylate as an Interlayer Between the Halide Perovskite and Copper Phthalocyanine Layers for Stable and Efficient Perovskite Solar Cells. Advanced Functional Materials 2021 , 32 (13)).
In einem anderen Fall wurde PMMA in CsPbXs-Quantenpunkte (QDs-CsPbXs) eingearbeitet, um ihre Stabilität zu verbessern und ihre hervorragenden optischen Eigenschaften zu erhalten (L. C. Chen, Influence of PMMA on All-Inorganic Halide Perovskite CsPbBr(3) Quantum Dots Combined with Polymer Matrix. Materials (Basel) 2019, 72 (6)). In another case, PMMA was incorporated into CsPbXs quantum dots (QDs-CsPbXs) to improve their stability and maintain their excellent optical properties (L. C. Chen, Influence of PMMA on All-Inorganic Halide Perovskite CsPbBr(3) Quantum Dots Combined with Polymer Matrix. Materials (Basel) 2019, 72 (6)).
Auch zur Kontrolle der Perowskit-Kristallgröße und -morphologie in Perowskit-Schichten wurde PMMA bereits Perowskit-Lösungen zugesetzt. PMMA has also been added to perovskite solutions to control perovskite crystal size and morphology in perovskite layers.
S. Masi et al., Multiscale morphology design of hybrid halide perovskites through a polymeric template, Nanoscale 2015, 7, 18569 beschreiben den Einfluss verschiedener Polymere, nämlich poly[2-Methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1 ,4-phenylenvinylen] (MEH- PPV), poly(Methylmethacrylat) (PMMA), poly[(9,9-bis(3‘-(/V,/V-dimethylamino)propyl)- 2,7-fluoren-a/t-2,7-(9,9-diocytlfluroen)] (PFN), 2,4-Dimethyl-poly(triarylamin (PTAA) und Polystyrol (PS) auf die Ausbildung von MAPbh Perowskit. Es wurden der Einfluss auf die Selbstaggregation sowie der Einfluss auf das Filmwachstum durch Zusatz der verschiedenen Polymere zu einer Perowskit-Vorläuferlösung in DMF untersucht, die anschließend durch Spincoating auf (PEDOT:PSS)/Glas-Substrate aufgetragen und dann auf 100 °C während 10 Minuten erhitzt wurde. MEH-PPV und PFN führten dabei wegen ihrer basischen funktionellen Gruppen zu einem Base-Säure-Gleichgewicht zwischen Polymer und MA+-Kation. Die daraus resultierende verbesserte Komplexierungsfähigkeit führte zu glatten Perowskit-Filmen mit gleichmäßig verteilten Aggregaten von einigen 10 nm. PMMA, PS und PTAA zeigen eine wesentlich schlechtere Affinität in Lösung zu MA+ und Pblß'-Ionen, was zu schwerwiegenden Phasentrennungen während des Filmbildungsprozesses führt und stärkere Aggregation der Perowskit- Domänen verursacht. Das Polymer wurde jeweils in einem weniger polaren Lösungsmittel (THF) der Perowskit- Vorläuferlösung zugesetzt, was den Filmbildungsschritt stark beeinflusste. MAPbh : PMMA Blend-Filme zeigten eine ungleichmäßige Oberflächenbedeckung und eine große Rauheit aufgrund der ungünstigen polymeren Umgebung, die das gleichmäßige Wachstum der Perowskit- Phase beeinträchtigt. S. Masi et al., Multiscale morphology design of hybrid halide perovskites through a polymeric template, Nanoscale 2015, 7, 18569 describe the influence of different polymers, namely poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene] (MEH-PPV), poly(methyl methacrylate) (PMMA), poly[(9,9-bis(3'-(/V,/V-dimethylamino)propyl)- 2,7-fluoren-a/t-2,7-(9,9-diocytlfluroen)] (PFN), 2,4-dimethyl-poly(triarylamine (PTAA) and polystyrene (PS) on the formation of MAPbh perovskite. The influence on self-aggregation and the influence on film growth were investigated by adding the different polymers to a perovskite precursor solution in DMF, which was then spin coated on (PEDOT:PSS)/glass substrates and then heated to 100 °C for 10 minutes. MEH-PPV and PFN led to a base-acid equilibrium between polymer and MA + cation due to their basic functional groups. The resulting improved complexation ability led to smooth perovskite films with evenly distributed aggregates of a few 10 nm. PMMA, PS and PTAA show a much poorer affinity in solution to MA + and Pblß' ions, which leads to severe phase separations during the film formation process and causes stronger aggregation of the perovskite domains. The polymer was in each case in a less polar solvent (THF) was added to the perovskite precursor solution, which greatly affected the film formation step. MAPbh : PMMA blend films showed uneven surface coverage and large roughness due to the unfavorable polymeric environment, which affected the uniform growth of the perovskite phase.
D. Bi et al., Polymer-templated nucleation and crystal growth of perovskite films for solar cells with efficiency > 21%, Nature Energy 2016, 9, 2609) beschreibt die Bildung eines gemischten organisch-anorganischen Pb-Perowskits aus FAI, Pbl2, MABr und PbBr2 in einem Mischlösungsmittel aus DMF, DMSO und N-Methylpyrrolidon (NMP). PMMA wird der Perowskitvorläuferlösung in einem Chlorbenzol/Toluol-Gemisch (Volumenverhältnis 9:1) während des Spincoating zugefügt. Die Lösung wird durch Spincoating auf ein Substrat aus FTO/kompaktem TiO2/mesoporösem TiÜ2 aufgetragen, d.h. auf einer hydrophilen Oberfläche. Die Publikation untersucht insbesondere den Einfluss der PMMA-Konzentration auf die Perowskit-Film-Eigenschaften. Eine Konzentration von PMMA von 0,6 mg/ml hat sich dabei als am besten erwiesen. D. Bi et al., Polymer-templated nucleation and crystal growth of perovskite films for solar cells with efficiency > 21%, Nature Energy 2016, 9, 2609) describes the formation of a mixed organic-inorganic Pb perovskite from FAI, Pbl2, MABr and PbBr2 in a mixed solvent of DMF, DMSO and N-methylpyrrolidone (NMP). PMMA is added to the perovskite precursor solution in a chlorobenzene/toluene mixture (volume ratio 9:1) during spin coating. The solution is applied by spin coating to a substrate made of FTO/compact TiO2/mesoporous TiO2, i.e. on a hydrophilic surface. The publication particularly investigates the influence of the PMMA concentration on the perovskite film properties. A PMMA concentration of 0.6 mg/ml has proven to be the best.
Schichten aus Blei-Halogenid-Perowskiten wurden bereits auf verschiedenen Schichten aufgetragen, die zum Teil auch hydrophob sind (s. z.B. A. Al-Ashouri, a.a.O., A. Al- Ashouri et al., Science 2020, 1300-1309, J. Höcker et al., a.a.O.). Die Publikationen beschreiben allerdings nicht den Anteil an Ausschuss, der bei den angewendeten Verfahren erhalten wurde. Layers of lead halide perovskites have already been applied to various layers, some of which are also hydrophobic (see e.g. A. Al-Ashouri, op. cit., A. Al- Ashouri et al., Science 2020, 1300-1309, J. Höcker et al., op. cit.). However, the publications do not describe the proportion of rejects obtained with the processes used.
PTAA und Me-4PACz sind nicht so hydrophob wie poly-TPD und P3HT, so dass es in einigen Labors eventuell möglich ist, sie durch Spincoating mit Perowskiten zu beschichten, weil die Umgebung wie Temperatur und Feuchtigkeit sehr speziell eingestellt wird. Möglicherweise können daher einige Labore Perowskite auf Me-4PACz durch Spincoating auftragen. Auf poly-TPD ist dies jedoch bisher nicht möglich, jedenfalls nicht für die Herstellung großer Flächen. PTAA and Me-4PACz are not as hydrophobic as poly-TPD and P3HT, so it may be possible in some labs to spin coat them with perovskites because the environment such as temperature and humidity is very specific. It may therefore be possible for some labs to spin coat perovskites on Me-4PACz. However, this is not yet possible on poly-TPD, at least not for large area production.
Es gibt bisher keine publizierten Verfahren, die die Beschichtung von hydrophoben Oberflächen mit einer Pb-Perowskit-Schicht in hoher Reproduzierbarkeit und guter Oberflächenbedeckung erlauben. Die Aufgabe der Erfindung bestand daher in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von Pb-(ll)-haltigen Schichten auf hydrophoben Substraten, bei dem eine vollständige lückenlose Beschichtung erhalten wird. There are currently no published methods that allow the coating of hydrophobic surfaces with a Pb perovskite layer with high reproducibility and good surface coverage. The object of the invention was therefore to provide a process for producing Pb(II)-containing layers on hydrophobic substrates, in which a complete, gap-free coating is obtained.
Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 1. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass die Pb-(ll)-haltige Lösung ein Polymer-Additiv enthält, welches polare Gruppen aufweist, nämlich Polymethylmethacrylat (PMMA). The object is achieved by the method according to claim 1. It is characterized in that the Pb(II)-containing solution contains a polymer additive which has polar groups, namely polymethyl methacrylate (PMMA).
Weiterhin stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Perowskit-Schicht auf einer hydrophoben Schicht sowie eine Solarzelle, die eine solche Perowskitschicht aufweist, bereit. Auch die Verwendung von PMMA als Additiv zur Herstellung einer Pb- (ll)-haltigen Schicht, insbesondere einer Pb-(ll)-haltigen Perowskit-Schicht auf einer hydrophoben Oberfläche wird offenbart.
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Furthermore, the invention provides a method for producing a perovskite layer on a hydrophobic layer and a solar cell having such a perovskite layer. The use of PMMA as an additive for producing a Pb(II)-containing layer, in particular a Pb(II)-containing perovskite layer on a hydrophobic surface is also disclosed.
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Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Tandem-Solarzelle auf Perowskitbasis. Fig. 1 is a schematic representation of a perovskite-based tandem solar cell.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer Perowskitsolarzelle. Fig. 2 is a schematic representation of a perovskite solar cell.
Fig. 3 zeigt die Filmqualität einer erfindungsgemäßen Perowskitschicht auf einer Me- 4 PACz- Oberfläche in Abhängigkeit von der PMMA- Konzentration der Perowskit- Vorläuferlösung. Fig. 3 shows the film quality of a perovskite layer according to the invention on a Me-4PACz surface as a function of the PMMA concentration of the perovskite precursor solution.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen Description of the preferred embodiments
Als Polymer-Additiv ist erfindungsgemäß PMMA. According to the invention, PMMA is used as the polymer additive.
Es hat sich in Versuchen gezeigt, dass monomeres Methylmethacrylat und Polyethylenoxid erfindungsgemäß als Polymeradditiv ungeeignet sind. Tests have shown that monomeric methyl methacrylate and polyethylene oxide are unsuitable as polymer additives according to the invention.
Das PMMA hat üblicherweise ein durchschnittliches gewichtsmittleres Molekulargewicht von ca. 10.000 bis ca. 200.000 g/Mol, bevorzugt ca. 15.000 bis ca. 100.000 g/Mol. The PMMA typically has an average weight molecular weight of about 10,000 to about 200,000 g/mol, preferably about 15,000 to about 100,000 g/mol.
Als PMMA geeignet ist jedes kommerziell erhältliche PMMA, z.B. von Sigma Aldrich. Das durchschnittliche gewichtsmittlere Molekulargewicht (bestimmt durch GC) beträgt ca. 10.000 bis ca. 120.000 g/Mol, bevorzugt ca. 15.000 bis ca. 100.000 g/Mol. In Versuchen zeigten sowohl PMMA mit einem durchschnittlichen gewichtsmittleren Mw von ca. 15.000 g/Mol als auch PMMA mit einem durchschnittlichen gewichtsmittleren Mw von ca. 120.000 g/Mol sehr gute Ergebnisse, d.h. es wurden die hydrophobe Oberfläche vollständig bedeckende Perowskitschichten erhalten. Es wird vermutet, dass PMMA mit einem zu hohen durchschnittlichen gewichtsmittleren Mw, d.h. höher als ca. 120.000 g/Mol, sich nicht vollständig im Lösungsmittel der Vorläuferlösung löst, so dass zu hohe gewichtsmittlere durchschnittliche Molekulargewichte ungeeignet erscheinen. Any commercially available PMMA, e.g. from Sigma Aldrich, is suitable as PMMA. The average weight-average molecular weight (determined by GC) is approx. 10,000 to approx. 120,000 g/mol, preferably approx. 15,000 to approx. 100,000 g/mol. In tests, both PMMA with an average weight-average Mw of approx. 15,000 g/mol and PMMA with an average weight-average Mw of approx. 120,000 g/mol showed very good results, ie perovskite layers were obtained that completely covered the hydrophobic surface. It is assumed that PMMA with an average weight-average Mw that is too high, ie higher than approx. 120,000 g/mol, does not dissolve completely in the solvent of the precursor solution, so that weight-average molecular weights that are too high appear unsuitable.
Das Polymeradditiv PMMA wird der Pb-(ll)- haltigen Lösung zugesetzt, die anschließend auf der hydrophoben Oberfläche aufgetragen wird. Das Polymeradditiv löst sich vollständig in der Pb-(ll)-haltigen bzw. der Perowskit- Vorläuferlösung, so dass eine klare viskose Lösung entsteht. The polymer additive PMMA is added to the Pb(II)-containing solution, which is then applied to the hydrophobic surface. The polymer additive dissolves completely in the Pb(II)-containing or perovskite precursor solution, resulting in a clear, viscous solution.
Das Lösungsmittel ist jedes üblicherweise für Pb-(ll)-Verbindungen bzw. Perowskit- Vorläufer verwendete Lösungsmittel, insbesondere Dimethylformamid (DMF), Dimethylsulfoxid (DMSO), N-Methylpyrrolidon (NMP), 2-Methoxyethanol oder y- Butyrolacton und Gemische davon. Besonders bevorzugt wird DMF oder ein Gemisch von DMF/DMSO im Volumenverhältnis 3:1 bis 5:1 , z.B. 4:1 verwendet. The solvent is any solvent commonly used for Pb(II) compounds or perovskite precursors, in particular dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), N-methylpyrrolidone (NMP), 2-methoxyethanol or γ-butyrolactone and mixtures thereof. DMF or a mixture of DMF/DMSO in a volume ratio of 3:1 to 5:1, e.g. 4:1, is particularly preferably used.
Chlorbenzol und Toluol sind keine geeigneten Lösungsmittel für Perowskitvorläufer. Sie werden im Gegenteil als Antilösungsmittel verwendet, wie untenstehend beschrieben. Chlorobenzene and toluene are not suitable solvents for perovskite precursors. On the contrary, they are used as antisolvents, as described below.
Die Konzentration des PMMA, das der Pb-(ll)-haltigen Lösung zugesetzt wird, beträgt im Allgemeinen 0,01 mg/ml bis 1 ,5 mg/ml, bevorzugt 0,03 bis 1 ,2 mg/ml, besonders bevorzugt 0,5 bis 1 ,0 mg/ml bezogen auf die Pb-(ll)-haltige Lösung. Je höher die PMMA- Konzentration in der der Perowskit-Vorläuferlösung, desto besser ist die Qualität des daraus erhaltenen Perowskit-Films, gemessen an der ununterbrochenen Fläche. Dies ist deutlich aus Figur 3 erkennbar. The concentration of PMMA added to the Pb(II)-containing solution is generally 0.01 mg/ml to 1.5 mg/ml, preferably 0.03 to 1.2 mg/ml, particularly preferably 0.5 to 1.0 mg/ml, based on the Pb(II)-containing solution. The higher the PMMA concentration in the perovskite precursor solution, the better the quality of the resulting perovskite film, measured in terms of the uninterrupted area. This can be clearly seen from Figure 3.
Die hydrophobe Oberfläche, die erfindungsgemäß im Fall von Solarzellen als Lochleiter bzw. Transportschicht fungiert, kann jede hydrophobe Oberfläche sein. Eine Oberfläche ist erfindungsgemäß insbesondere hydrophob, wenn das konstituierende Polymer bzw. Molekül zahlreiche Alkylgruppen und/oder längerkettige Alkylgruppen und/oder Arylgruppen aufweist, wie es z.B. bei Me6-PACz oder PTAA der Fall ist, während beispielsweise Me-2PACz, 2PACz und V1036 nicht als hydrophob eingestuft werden und Me-4-PACz lediglich schwach hydrophob ist. Erfindungsgemäß werdend insbesondere Oberflächen als hydrophob betrachtet, deren konstituierendes Polymer bzw. Molekül eine oder mehrere Alkylgruppen mit einer Anzahl von >3 Kohlenstoffatomen und/oder Arylgruppen aufweist. The hydrophobic surface, which according to the invention acts as a hole conductor or transport layer in the case of solar cells, can be any hydrophobic surface. According to the invention, a surface is particularly hydrophobic if the constituent polymer or molecule has numerous alkyl groups and/or longer-chain alkyl groups and/or aryl groups, as is the case with Me6-PACz or PTAA, for example, while Me-2PACz, 2PACz and V1036, for example, are not classified as hydrophobic. and Me-4-PACz is only slightly hydrophobic. According to the invention, surfaces are considered to be hydrophobic in particular if their constituent polymer or molecule has one or more alkyl groups with a number of >3 carbon atoms and/or aryl groups.
Beispielsweise ist die hydrophobe Oberfläche eine Oberfläche aus Poly(N,N'-bis-4- butylphenyl-N,N'-bisphenyl)benzidin (polyTPD). polyTPD ist transparent und farblos, daher hat es keinen Einfluss auf das Absorptionsverhalten der Solarzelle und ist besonders für Perowskit-Solarzellen geeignet. For example, the hydrophobic surface is a surface made of poly(N,N'-bis-4-butylphenyl-N,N'-bisphenyl)benzidine (polyTPD). polyTPD is transparent and colorless, so it has no influence on the absorption behavior of the solar cell and is particularly suitable for perovskite solar cells.
Neben polyTPD sind erfindungsgemäß z.B. auch Oberflächen aus Polytriarylamin (PTAA), Poly(3-hexylthiophen-2,5-diyl) (P3HT), [4-(3,6-Dimethyl-9H-carbazol-9- yl)butyl]phosphonsäure (Me-4PACz) und 6-(3,6-Dimethyl-9/7-carbazol-9- yl)hexyl)phosphonsäure (Me-6PACz) geeignet. In addition to polyTPD, surfaces made of polytriarylamine (PTAA), poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT), [4-(3,6-dimethyl-9H-carbazol-9-yl)butyl]phosphonic acid (Me-4PACz) and 6-(3,6-dimethyl-9/7-carbazol-9-yl)hexyl)phosphonic acid (Me-6PACz) are also suitable according to the invention.
Das Polymer bzw. Molekül, das die hydrophobe Oberfläche bildet, wird entsprechend der aufzubringenden Perowskitschicht ausgewählt. Die Auswahl des Materials richtet sich nach dem lonisationspotential des Moleküls bzw. Polymers und des anschließend aufzutragenden Perowskits bzw. nach der Position von dessen Valenzband. Diese Daten sind für Perowskite und die Lochleiter bereits Literatur-bekannt (z.B. A. Al-Ashouri et al., Conformal monolayer contacts with lossless interfaces for perovskite single junction and monolithic tandem solar cells, Energy and Environ. Sei. 2019, 12, 3356; S. Tao et al., Absolute energy level positions in tin-and lead-based halide perovskites, Nature Comm. 2019, 10, 2560) oder können durch ultravioletteThe polymer or molecule that forms the hydrophobic surface is selected according to the perovskite layer to be applied. The choice of material depends on the ionization potential of the molecule or polymer and the perovskite to be applied subsequently or on the position of its valence band. These data are already known from the literature for perovskites and hole conductors (e.g. A. Al-Ashouri et al., Conformal monolayer contacts with lossless interfaces for perovskite single junction and monolithic tandem solar cells, Energy and Environ. Sci. 2019, 12, 3356; S. Tao et al., Absolute energy level positions in tin-and lead-based halide perovskites, Nature Comm. 2019, 10, 2560) or can be determined by ultraviolet
Photoelektronenspektroskopie gemessen werden. Da diese Methode jedoch eine signifikante Mess-Unsicherheit besitzt, werden die Lochleiter oft durch Herstellung von Perowskitsolarzellen und Messung der Strom-Spannungs Kennlinie ausgewählt. Photoelectron spectroscopy. However, since this method has a significant measurement uncertainty, the hole conductors are often selected by fabricating perovskite solar cells and measuring the current-voltage characteristic.
Die mit der Vorläuferlösung zu beschichtende Oberfläche bzw. der Lochleiter besteht erfindungsgemäß insbesondere nicht aus PEDOT:PSS (Poly-3,4-ethylendioxythiophen : Natrium-Polystyrolsulfonat). Dieses Polymer ist hygroskopisch und daher hydrophil. According to the invention, the surface to be coated with the precursor solution or the hole conductor in particular does not consist of PEDOT:PSS (poly-3,4-ethylenedioxythiophene: sodium polystyrene sulfonate). This polymer is hygroscopic and therefore hydrophilic.
Die hydrophobe Oberfläche wird durch ein beliebiges übliches Verfahren hergestellt, z.B. durch Aufträgen einer das konstituierende Polymer enthaltenden Lösung, z.B. in Toluol, Chlorbenzol, Dichlorbenzol, Isopropanol, Ethanol oder einem anderen Fachleuten bekannten üblichen Lösungsmittel, auf einem Substrat, z.B. Glas/ITO oder Kunststoff/ITO, durch z.B. Spincoating, und anschließendes Trocknen. The hydrophobic surface is prepared by any conventional method, e.g. by applying a solution containing the constituent polymer, e.g. in toluene, chlorobenzene, dichlorobenzene, isopropanol, ethanol or another skilled known conventional solvents, on a substrate, e.g. glass/ITO or plastic/ITO, by e.g. spin coating, and subsequent drying.
Als Pb-(ll)-haltige Verbindung kommen erfindungsgemäß alle Pb-(ll)-salze in Betracht, insbesondere Blei(ll)-Halogenide und Bleiacetat, besonders bevorzugt Pbl2, PbBr2, und Pb(OAc)2. According to the invention, all Pb(II) salts come into consideration as Pb(II)-containing compounds, in particular lead(II) halides and lead acetate, particularly preferably Pbl2, PbBr2, and Pb(OAc) 2 .
Die Perowskit-Vorläuferverbindungen werden erfindungsgemäß ausgewählt aus Halogeniden von Metallen, insbesondere Pb und Cs, sowie Halogeniden von organischen Kationen, insbesondere Methylammonium (MA) und Formamidinium (FA). Die Halogenide werden ausgewählt aus Bromid, lodid und Chlorid und sind bevorzugt lodid und/oder Bromid, besonders bevorzugt lodid oder sowohl lodid als auch Bromid. Die Perowskit-Vorläufer sind erfindungsgemäß besonders bevorzugt Pbl2, PbBr2, MAI, FAI und Csl. According to the invention, the perovskite precursor compounds are selected from halides of metals, in particular Pb and Cs, and halides of organic cations, in particular methylammonium (MA) and formamidinium (FA). The halides are selected from bromide, iodide and chloride and are preferably iodide and/or bromide, particularly preferably iodide or both iodide and bromide. According to the invention, the perovskite precursors are particularly preferably Pbl2, PbBr2, MAI, FAI and Csl.
Das molare Verhältnis von lodid : Bromid, wenn beide vorliegen, in der Perowskit- Vorläuferlösung ist beliebig. Es bestimmt die Größe der Bandlücke und wird daher geeignet ausgewählt, um die gewünschte Bandlücke zu erzielen. Es beträgt z.B.5:1 bis 1 :5, 4:1 bis 1 :4, 3,5 :1 bis 1 : 3,5, z.B. 3,5 : 1. The molar ratio of iodide : bromide, when both are present, in the perovskite precursor solution is arbitrary. It determines the size of the band gap and is therefore selected appropriately to achieve the desired band gap. It is e.g. 5:1 to 1:5, 4:1 to 1:4, 3.5:1 to 1:3.5, e.g. 3.5:1.
Das molare Verhältnis der Kationen Pb : MA : FA : Cs in der Perowskit-Vorläuferlösung beträgt beispielsweise 1 ,2 : 0,26 : 0,88 : 0,06. For example, the molar ratio of the cations Pb:MA:FA:Cs in the perovskite precursor solution is 1.2:0.26:0.88:0.06.
Die Pb-(ll)-Verbindung wird bevorzugt aus gewählt aus Pbl2, PbBr2 und Pb(CH3COO)2 Der erfindungsgemäß nach dem beanspruchten Verfahren erhaltene Perowskit ist bevorzugt FAPbh, MAPbh, CsxFAi.xPbl3 oder CsxFAyMAi.x.yPb(lzBri.z)3, wobei x + y < 1 , 0 < x < 1 , 0 < y < 1 und 0 < z < 1 , und x den Anteil von Cs an allen Kationen der Oxidationsstufe + 1 bedeutet, y den Anteil von FA an allen Kationen mit der Oxidationsstufe +1 und z den Anteil von lod an allen Anionen bedeutet. The Pb(II) compound is preferably selected from Pbl2, PbBr2 and Pb(CH3COO)2. The perovskite obtained according to the invention by the claimed process is preferably FAPbh, MAPbh, Cs x FAi. x Pbl3 or Cs x FA y MAi. xy Pb(l z Bri. z )3, where x + y < 1, 0 < x < 1, 0 < y < 1 and 0 < z < 1, and x denotes the proportion of Cs in all cations with the oxidation state + 1, y denotes the proportion of FA in all cations with the oxidation state +1 and z denotes the proportion of iodine in all anions.
Erfindungsgemäß besonders bevorzugt ist der Perowskit Cso,o5MAo,22FAo.73Pb(lo,78Bro,2)3 oder Cso,o5(MAi7FA83)o,95Pb(l83Bri7)3. Diese haben sich in durchgeführten Versuchen als besonders geeignet für die Verwendung in Perowskit-Solarzellen erwiesen. Particularly preferred according to the invention is the perovskite Cso,o5MAo,22FAo.73Pb(lo,78Bro,2)3 or Cso,o5(MAi7FA83)o,95Pb(l83Bri7)3. These have proven to be particularly suitable for use in perovskite solar cells in tests carried out.
Die Vorläuferlösung wird durch Lösen der Pb-(ll)-Verbindungen bzw. Perowskit- Vorläufer in einem geeigneten Lösungsmittel erhalten, insbesondere einem polar aprotischen Lösungsmittel, beispielweise in Dimethylformamid (DMF), Dimethylsulfoxid (DMSO), N-Methylpyrrolidon (NMP), 2-Methoxyethanol oder y-Butyrolacton. Bevorzugt wird DMF oder ein Gemisch aus DMF/DMSO, z.B. im Volumenverhältnis 3:1 bis 5:1 , insbesondere 4:1 , eingesetzt. The precursor solution is obtained by dissolving the Pb(II) compounds or perovskite precursors in a suitable solvent, in particular a polar aprotic solvents, for example in dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), N-methylpyrrolidone (NMP), 2-methoxyethanol or y-butyrolactone. DMF or a mixture of DMF/DMSO, e.g. in a volume ratio of 3:1 to 5:1, in particular 4:1, is preferably used.
Die Pb-(ll) und ggf. weiteren Verbindungen werden durch Rühren in dem Lösungsmittel gelöst, z.B. bei Raumtemperatur während 2 Stunden, und die Lösung wird üblicherweise vor der weiteren Verwendung filtriert, z.B. mit einem 0,45 pm PTFE-Filter. The Pb-(II) and any other compounds are dissolved in the solvent by stirring, e.g. at room temperature for 2 hours, and the solution is usually filtered before further use, e.g. with a 0.45 pm PTFE filter.
Die Vorläuferlösung wird dann durch ein übliches Verfahren auf der hydrophoben Oberfläche aufgetragen, z.B. durch Spincoating, Schlitzdüsenbeschichtung, Klingenbeschichtung, Tintenstrahldruck oder Walzenbeschichtung. Beispielsweise erfolgt das Aufträgen beim Spincoating in einem zweistufigen Verfahren bei unterschiedlichen Umdrehungszahlen, z.B. 1400 Upm während 15 Sekunden mit einer Anstiegsgeschwindigkeit von 350 Upm/Sekunde und daran anschließend 6000 Upm während 30 Sekunden mit einer Anstiegsgeschwindigkeit von 767 Upm/Sekunde. The precursor solution is then applied to the hydrophobic surface by a conventional process, e.g. by spin coating, slot die coating, blade coating, inkjet printing or roller coating. For example, spin coating is applied in a two-step process at different speeds, e.g. 1400 rpm for 15 seconds with a ramp rate of 350 rpm/second and then 6000 rpm for 30 seconds with a ramp rate of 767 rpm/second.
Einige Zeit vor Ende des zweiten Schritts wird, falls gewünscht, ein Antilösungsmittel aufgetragen, bevorzugt durch Auftropfen. Das Antilösungsmittel ist z.B. Anisol. Es sind aber auch andere gängige Antilösungsmittel geeignet, wie z.B. Chlorbenzol, Dichlorbenzol, Toluol oder Trimethylbenzol. Durch das Antilösungsmittel wird die Kristallisation des Perowskits initiiert (siehe A. D. Taylor et al., Nature Communications https://doi.org/10.1038/s41467-021-22049-8). Menge und Zeitdauer des Auftragens des Antilösungsmittels sind dem Fachmann bekannt und können z.B anhand der genannten Publikation von Taylor geeignet ausgewählt werden. Some time before the end of the second step, an antisolvent is applied, if desired, preferably by dripping. The antisolvent is e.g. anisole. However, other common antisolvents are also suitable, such as chlorobenzene, dichlorobenzene, toluene or trimethylbenzene. The antisolvent initiates the crystallization of the perovskite (see A. D. Taylor et al., Nature Communications https://doi.org/10.1038/s41467-021-22049-8). The amount and duration of the application of the antisolvent are known to the person skilled in the art and can be suitably selected, for example, based on the aforementioned publication by Taylor.
Die das Polymeradditiv enthaltende erfindungsgemäße Vorläuferlösung bildet unmittelbar nach dem Aufträgen mit einem Rakel einen mit dem bloßen Auge sichtbaren Flüssigkeitsfilm auf der hydrophoben Oberfläche, der in Schrägstellung nicht abläuft, sondern an der Oberfläche haftet. Ein mit einer Pipette aufgetragener Tropfen der erfindungsgemäßen Additiv-haltigen Vorläuferlösung lässt sich nicht wieder vollständig mit der Pipette von der Oberfläche absaugen, da die Lösung zu stark haftet. Immediately after application with a doctor blade, the precursor solution according to the invention containing the polymer additive forms a liquid film on the hydrophobic surface that is visible to the naked eye and that does not run off when tilted but adheres to the surface. A drop of the additive-containing precursor solution according to the invention applied with a pipette cannot be completely sucked off the surface again with the pipette because the solution adheres too strongly.
Wenn eine Vorläuferlösung ohne Additivzusatz dagegen auf die gleiche Weise mit einem Rakel auf der hydrophoben Oberfläche aufgetragen wird, bildet sich im Gegensatz dazu kein Film, sondern die Lösung bildet einen Tropfen auf der Oberfläche und läuft bei Schrägstellung der Oberfläche vollständig ab. Ein mit der Pipette aufgetragener Tropfen der Vorläuferlösung ohne Additiv lässt sich vollständig wieder aufsaugen, da die Lösung ohne Additivzusatz schlecht an der hydrophoben Oberfläche haftet. In contrast, if a precursor solution without additive is applied to the hydrophobic surface in the same way with a doctor blade, no film is formed, but the solution forms a drop on the surface and runs off at A drop of the precursor solution without additive applied with the pipette can be completely absorbed again, since the solution without additive does not adhere well to the hydrophobic surface.
Nach dem Aufträgen der Vorläuferlösung wird der erhaltene Film getrocknet und dann erhitzt. Das Erhitzen erfolgt beispielweise auf 80 bis 120 °C, bevorzugt 90 bis 110 °C, besonders bevorzugt ca. 100 °C während 15 bis 45 min, bevorzugt 25 bis 35 min, besonders bevorzugt ca. 30 min. After the precursor solution has been applied, the resulting film is dried and then heated. Heating is carried out, for example, to 80 to 120 °C, preferably 90 to 110 °C, particularly preferably about 100 °C for 15 to 45 minutes, preferably 25 to 35 minutes, particularly preferably about 30 minutes.
Die Schichtdicke der erhaltenen Pb-(ll)-Schicht bzw. Perowskitschicht beträgt beispielweise ca. 500 bis 600 nm. Die Schichtdicke kann durch Erhöhen der Konzentration der Perowskit-Vorläuferlösung erhöht werden, z.B. auf bis zu 1 ,0 pm. Die Schichtdicke kann z.B. durch elektronenmikroskopische Messung eines Schnitts einer erhaltenen Probe bestimmt werden. Die Schichtdicke kann auf bekannte Weise bestimmt werden, z.B. durch rasterelektronenmikroskopische Untersuchung eines Schnitts. Die Schichtdicke kann weiterhin mit einem Profilometer bestimmt werden, wobei hier die Höhe eines Schnitts durch die Schicht mit einer Nadel abgetastet wird, die langsam über die Probe bewegt wird. The layer thickness of the resulting Pb(II) layer or perovskite layer is, for example, approximately 500 to 600 nm. The layer thickness can be increased by increasing the concentration of the perovskite precursor solution, e.g. up to 1.0 pm. The layer thickness can be determined, for example, by measuring a section of a sample obtained using an electron microscope. The layer thickness can be determined in a known manner, e.g. by examining a section using a scanning electron microscope. The layer thickness can also be determined using a profilometer, in which the height of a section through the layer is scanned with a needle that is slowly moved over the sample.
Für die Herstellung der Perowskitschicht brauchen keine besonderen Umgebungsbedingungen eingehalten zu werden. Üblicherweise erfolgt im Labormaßstabe die Herstellung der Beschichtungen in einer Glovebox bei 18 bis 25 °C und in einer Stickstoff-Atmosphäre, die höchstens 1 % relative Luftfeuchtigkeit aufweist. Dies erfolgt aber hauptsächlich deshalb so, damit kein Pb in die Umgebung gelangt und die ausführenden Mitarbeiter vor Pb geschützt werden. Dem Fachmann sind die geeigneten Bedingungen bekannt. Beispielsweise wird bei 18 bis 25 °C Raumtemperatur und 30 bis 80 % relativer Luftfeuchtigkeit gearbeitet. No special environmental conditions need to be observed for the production of the perovskite layer. The coatings are usually produced on a laboratory scale in a glove box at 18 to 25 °C and in a nitrogen atmosphere with a maximum relative humidity of 1%. However, this is mainly done in this way to ensure that no Pb gets into the environment and that the employees carrying out the work are protected from Pb. The expert knows the suitable conditions. For example, work is carried out at a room temperature of 18 to 25 °C and a relative humidity of 30 to 80%.
Die erhaltene Pb-(ll)-haltige Schicht bzw. Perowskit-Schicht bedeckt die hydrophobe Oberfläche vollständig. Dies bedeutet, dass mit bloßem Auge keine Löcher oder Lücken in der Perowskit- Beschichtung zu erkennen sind. Besonders deutlich sind Löcher und sogar sehr kleine Löcher (sogenannte pinholes) erkennbar, wenn das beschichtete Substrat z.B. gegen eine Lichtquelle gehalten wird. Die Perowskit-Schicht hat eine schwarze Farbe und ihre Vollständigkeit ist daher gut mit bloßem Auge erkennbar. In den Randbereich können Einrisse vorliegen wie sie z.B. in Fig. 3 erkennbar sind; die gesamte mit der Perowskit-Schicht bedeckte Fläche ist aber genügend groß, dass die weiter unten spezifizierten Größen der Solarzellen erreicht werden, und diese bedeckten Flächen weisen keine Löcher und keine pinholes auf. The resulting Pb(II)-containing layer or perovskite layer completely covers the hydrophobic surface. This means that no holes or gaps in the perovskite coating can be seen with the naked eye. Holes and even very small holes (so-called pinholes) are particularly clearly visible when the coated substrate is held against a light source, for example. The perovskite layer is black in color and its completeness is therefore easily visible with the naked eye. Cracks can be present in the edge area, as can be seen in Fig. 3, for example; the entire area covered with the perovskite layer is large enough, however, that the The solar cell sizes specified below can be achieved and these covered areas have no holes or pinholes.
Die Schichtqualität kann auch durch ein optisches Mikroskop oder ein Rasterelektronenmikroskop bestätigt werden. Damit lässt sich die vollständige Bedeckung der Oberfläche der hydrophoben Schicht klar erkennen. The layer quality can also be confirmed by an optical microscope or a scanning electron microscope. This clearly shows the complete coverage of the surface of the hydrophobic layer.
Durch Röntgendiffraktion kann das Vorliegen einer Perowskit-Kristallstruktur auf die dem Fachmann bekannte Art und Weise bestätigt, werden. Im Rötgendiffraktionsspektrum zeigen sich scharfe Peaks als Beweis für das Vorliegen polykristalliner Perowskit-Filme. Die Bildung der Perowskitstruktur ist bei bekannten Perowskiten bereits anhand der Schwarzfärbung der Beschichtung erkennbar. The presence of a perovskite crystal structure can be confirmed by X-ray diffraction in a manner known to those skilled in the art. Sharp peaks appear in the X-ray diffraction spectrum as evidence of the presence of polycrystalline perovskite films. The formation of the perovskite structure can already be recognized in known perovskites by the black color of the coating.
Die Fläche des unbeschichteten Substrats beträgt im Labormaßstab üblicherweise bis zu 2 cm x 2 cm. Auf einem solchen Substrat lassen sich entweder z.B. eine Solarzelle mit einer Fläche von 1 cm x 1 cm oder 4 Solarzellen mit einer Fläche von je 4 mm x 4 mm aufbringen. The area of the uncoated substrate is usually up to 2 cm x 2 cm on a laboratory scale. On such a substrate, for example, either one solar cell with an area of 1 cm x 1 cm or four solar cells with an area of 4 mm x 4 mm each can be applied.
Für den industriellen Anwendungsmaßstab werden Substrate von bis 150 cm x 150 cm, z.B. 100 cm x 100 cm, 40 cm x 40 cm oder 30 cm x 30 cm beschichtet. For industrial application scale, substrates of up to 150 cm x 150 cm, e.g. 100 cm x 100 cm, 40 cm x 40 cm or 30 cm x 30 cm are coated.
Beansprucht wird weiterhin eine Perowskit-Solarzelle, die eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Perowskit-Schicht enthält. Ansonsten enthält die Solarzelle die üblichen in Perowskit-Solarzellen oder Tandem-Solarzellen vorhandenen Schichten, die auf übliche Art und Weise hergestellt werden. Also claimed is a perovskite solar cell which contains a perovskite layer produced according to the method according to the invention. Otherwise, the solar cell contains the usual layers present in perovskite solar cells or tandem solar cells, which are produced in the usual way.
Die Perowskit-Solarzelle weist insbesondere ein transparentes Substrat, eine darauf aufgebrachte transparente Anode, eine darauf vorgesehene organische polymere Lochtransportschicht, die darauf aufgebrachte erfindungsgemäße erhaltene Perowskitschicht, und darauf in dieser Reihenfolge eine Elektronentransportschicht, eine Pufferschicht sowie eine Kathode auf. The perovskite solar cell comprises in particular a transparent substrate, a transparent anode applied thereon, an organic polymer hole transport layer provided thereon, the perovskite layer obtained according to the invention applied thereon, and thereon in this order an electron transport layer, a buffer layer and a cathode.
Das transparente Substrat besteht beispielweise aus Glas oder transparentem Kunststoff, z.B. PET (Polyethylenterephthalat), PI (Polyimide) oder PEN (Polyethylennaphthalat). Das Substrat kann je nach Material und Einsatzzweck der Solarzelle planar oder gewölbt sein. Es kann starr oder biegsam sein. The transparent substrate consists, for example, of glass or transparent plastic, e.g. PET (polyethylene terephthalate), PI (polyimide) or PEN (polyethylene naphthalate). Depending on the material and intended use of the solar cell, the substrate can be planar or curved. It can be rigid or flexible.
Die transparente Elektrode besteht z.B. aus einem transparenten leitfähigen Metalloxid, bevorzugt aus antimondotiertem Zinnoxid (ATO), Indium-Zinn-Oxid (ITO), fluordotiertem Zinnoxid (FTO) oder aluminiumdotiertem Zinkoxid (AZO), bevorzugt aus Indium-Zinn- Oxid (ITO). The transparent electrode consists, for example, of a transparent conductive metal oxide, preferably antimony-doped tin oxide (ATO), indium tin oxide (ITO), fluorine-doped tin oxide (FTO) or aluminum-doped zinc oxide (AZO), preferably indium tin oxide (ITO).
Die Lochtransportschicht (Lochleiter) ist bevorzugt eine hydrophobe Schicht wie vorstehend definiert, beispielsweise eine polyTPD-Schicht oder PTAA-Schicht. The hole transport layer (hole conductor) is preferably a hydrophobic layer as defined above, for example a polyTPD layer or PTAA layer.
Die Elektronentransportschicht besteht z.B. aus Ceo oder PCBM ([6,6]-Phenyl-Cei- Buttersäuremethylester), ICBA (T, 1 ", 4',4"-T etrahydro-di[1 ,4]methano- naphthaleno[1 ,2:2',3',56,60:2",3"][5,6]fulleren-C6o, auch als Inden-Ceo-bisaddukt bezeichnet, Summenformel CysH ) oder ZnO. The electron transport layer consists, for example, of Ceo or PCBM ([6,6]-phenyl-Cei-butyric acid methyl ester), ICBA (T, 1 ", 4',4"-tetrahydro-di[1 ,4]methano-naphthaleno[1 ,2:2',3',56,60:2",3"][5,6]fullerene-C6o, also known as indene-Ceo-bisadduct, molecular formula CysH ) or ZnO.
Die Pufferschicht besteht z.B. aus 2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1 ,10-phenathrolin (BCP), LiF, Polyethylenimin (PEIE), tris-(8-Hydroxychinolin)aluminum (Alq3), SnOx, oder Ti(Nb)Ox. The buffer layer consists, for example, of 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenathroline (BCP), LiF, polyethyleneimine (PEIE), tris-(8-hydroxyquinoline)aluminum (Alq 3 ), SnO x , or Ti(Nb)O x .
Die Kathode besteht z.B. aus einem Metall wie Silber, Kupfer, oder Gold oder Legierungen dieser Metalle. Alternativ sind auch Kathoden aus bekannten nichtmetallischen Materialien für Elektroden geeignet wie z.B. Graphit, ITO, FTO und dergleichen. The cathode consists of a metal such as silver, copper or gold or alloys of these metals. Alternatively, cathodes made of known non-metallic materials are also suitable for electrodes, such as graphite, ITO, FTO and the like.
Auch die Verwendung von Polymethylmethacrylat als Additiv zur Herstellung einer Perowskitschicht auf einer hydrophoben Oberfläche wird beansprucht. The use of polymethyl methacrylate as an additive for producing a perovskite layer on a hydrophobic surface is also claimed.
BEISPIELE EXAMPLES
Ein typisches Verfahren zur Herstellung von erfindungsgemäßen Perowskit-Solarzellen sieht beispielsweise wie folgt aus: A typical process for producing perovskite solar cells according to the invention looks like this:
Beispiel 1 Die vorstrukturierten ITO-Substrate (2,0 x 2,0 cm2 ) wurden 10 Minuten lang nacheinander mit Seife (Hellmanex III), deionisiertem Wasser, Aceton und Isopropanol (IPA) per Ultraschall gereinigt. Die so gereinigten ITO-Substrate wurden 12 Minuten lang mit Sauerstoffplasma behandelt und in eine mit N2 gefüllte Glovebox eingebracht. 80 pl 75 °C poly-TPD [Poly (N,N'-bis-4-butylphenyl-N,N'-bisphenyl)benzidin, 1 ,5 mg/ml in Toluol] Lösung wurden mit einem Schrittprogramm bei 4000 U/min für 30 s (mit einer Rampenrate von 800 U/min s-1) auf die ITO-Substrate durch Spincoating aufgetragen, dann wurden die Proben 10 min lang bei 100 °C thermisch getempert und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt. example 1 The pre-structured ITO substrates (2.0 x 2.0 cm 2 ) were cleaned ultrasonically for 10 minutes with soap (Hellmanex III), deionized water, acetone and isopropanol (IPA) one after the other. The cleaned ITO substrates were treated with oxygen plasma for 12 minutes and placed in a glove box filled with N2. 80 μl of 75 °C poly-TPD [poly (N,N'-bis-4-butylphenyl-N,N'-bisphenyl)benzidine, 1.5 mg/ml in toluene] solution were spin coated onto the ITO substrates using a step program at 4000 rpm for 30 s (with a ramp rate of 800 rpm s -1 ), then the samples were thermally annealed at 100 °C for 10 min and then cooled to room temperature.
Die Perowskit-Vorläuferlösung, die durch Mischen von Pbl2 (0,80 mmol), PbBr2 (0,4 mmol), MAI (0,26 mmol), FAI (0,88 mmol) und Csl (0,06 mmol) in 1 ml DMF hergestellt worden war, wurde mit 0,5 mg/ml PMMA, bezogen auf die Perowskit-Vorläuferlösung, versetzt und 2 Stunden lang bei Raumtemperatur gerührt und vor der Verwendung mit einem 0,45-pm-PTFE-Filter filtriert. Zur Herstellung der Perowskit-Schicht wurden 120 pl der Perowskit-Vorläuferlösung auf die hydrophobe Poly-TPD-Schicht durch Spin- coating aufgetragen, und zwar in zwei aufeinanderfolgenden Schritten bei 1400 U/rnin für 15 s (mit einer Rampenrate von 350 U/rnin s-1) und 6000 U/rnin für 30 s mit einer Rampenrate von 767 U/rnin s-1. 10 s vor dem Ende des Programms wurden 300 pl Anisol als Antilösungsmittel auf den Film getropft. Die Proben wurden sofort auf einer Heizplatte bei 100 °C für 30 min getempert. The perovskite precursor solution, which was prepared by mixing Pbl2 (0.80 mmol), PbBr2 (0.4 mmol), MAI (0.26 mmol), FAI (0.88 mmol), and Csl (0.06 mmol) in 1 mL of DMF, was added with 0.5 mg/mL of PMMA based on the perovskite precursor solution and stirred for 2 h at room temperature and filtered with a 0.45 pm PTFE filter before use. To prepare the perovskite layer, 120 μl of the perovskite precursor solution was spin coated onto the hydrophobic poly-TPD layer in two consecutive steps at 1400 rpm for 15 s (with a ramp rate of 350 rpm s -1 ) and 6000 rpm for 30 s with a ramp rate of 767 rpm s -1 . 10 s before the end of the program, 300 μl of anisole was dropped onto the film as an antisolvent. The samples were immediately annealed on a hot plate at 100 °C for 30 min.
Anschließend wurden 20 nm Ceo mit einer Geschwindigkeit von 0,15 Ä s-1 thermisch auf den Perowskitfilm aufgedampft. Schließlich wurden BCP (8 nm) und Ag (80 nm) nacheinander in einer separaten Vakuumkammer (<5X10-6 Pa) thermisch aufgedampft. Subsequently, 20 nm of Ceo was thermally evaporated onto the perovskite film at a rate of 0.15 Ä s -1 . Finally, BCP (8 nm) and Ag (80 nm) were thermally evaporated sequentially in a separate vacuum chamber (<5X10 -6 Pa).
2 bis 4 2 to 4
Das Verfahren wurde genauso durchgeführt wie in Beispiel 1 mit der Ausnahme, dass folgende hydrophobe Polymere, Lösungsmittel und Konzentrationen für das Aufträgen der hydrophoben Schicht verwendete wurden: ispiel 2: P3HT [poly(3-hexylthiophene)] 1 ,5mg/ml in Chlorbenzol ispiel 3: Me-4PACz 1 mmol/ml (0,331 mg/ml) in Ethanol ispiel 4: PTAA, 1 ,5 mg/ml in Toluol. Beispiel 5: Me-4PACz 1 mml/ml (0,331 g/ml) in Ethanol, verschiedene Konzentrationen von PMMA, nämlich 0,05 mg/ml, 0,1 mg/ml, 0,15 mg/ml und 0,2 mg/ml, jeweils in DMF. Die Ergebnisse sind in Fig. 3 dargestellt. The procedure was carried out exactly as in Example 1 except that the following hydrophobic polymers, solvents and concentrations were used for coating the hydrophobic layer: Example 2: P3HT [poly(3-hexylthiophene)] 1.5 mg/ml in chlorobenzene Example 3: Me-4PACz 1 mmol/ml (0.331 mg/ml) in ethanol Example 4: PTAA, 1.5 mg/ml in toluene. Example 5: Me-4PACz 1 mml/ml (0.331 g/ml) in ethanol, different concentrations of PMMA, namely 0.05 mg/ml, 0.1 mg/ml, 0.15 mg/ml and 0.2 mg/ml, each in DMF. The results are shown in Fig. 3.
Ausführungsformen Embodiments
Offenbart werden in der vorligenden Anmeldung die folgenden Ausführungsformen: The present application discloses the following embodiments:
1. Verfahren zur Herstellung einer eine oder mehrere Pb-(ll)-Verbindungen enthaltenden Beschichtung auf einer hydrophoben Oberfläche durch Aufträgen einer Vorläufer-Lösung, die eine oder mehrere Pb-(ll)-Verbindung(en) in einem organischen Lösungsmittel enthält; optional anschließendes Aufbringen eines organischen Anti-Lösungsmittels; und daran anschließendes Erhitzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorläufer-Lösung ein polare Gruppen enthaltendes Polymer-Additiv enthält. 1. Process for producing a coating containing one or more Pb(II) compounds on a hydrophobic surface by applying a precursor solution containing one or more Pb(II) compounds in an organic solvent; optionally subsequently applying an organic anti-solvent; and subsequently heating, characterized in that the precursor solution contains a polymer additive containing polar groups.
2. Verfahren nach [1], wobei die Vorläufer-Lösung Perowskit-Vorläufer enthält, von denen mindestens einer eine Pb-(ll)-Verbindung ist, und die Beschichtung eine Perowskit-Schicht ist. 2. The method according to [1], wherein the precursor solution contains perovskite precursors, at least one of which is a Pb(II) compound, and the coating is a perovskite layer.
3. Verfahren nach [1] oder [2] , wobei das Polymer-Additiv ausgewählt wird aus Polyalkylmethacrylat, Polyalkylacrylat, Polyacrylat oder einem Copolymer aus Polyalkylmethacrylat, Polyalkylacrylat und/oder Polyacrylat. 3. Process according to [1] or [2], wherein the polymer additive is selected from polyalkyl methacrylate, polyalkyl acrylate, polyacrylate or a copolymer of polyalkyl methacrylate, polyalkyl acrylate and/or polyacrylate.
4. Verfahren nach einer oder mehreren der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Polymer-Additiv ausgewählt wird aus Polymethylmethacrylat (PMMA) und Polyethylmethacrylat und bevorzugt PMMA ist. 4. Process according to one or more of the preceding embodiments, wherein the polymer additive is selected from polymethyl methacrylate (PMMA) and polyethyl methacrylate and is preferably PMMA.
5. Verfahren nach einer oder mehreren der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Polymer-Additiv in einer Konzentration von 0,01 mg/ml bis 2,0 mg/ml, bevorzugt 0,05 mg/ml bis 1 ,0 mg/ml bezogen auf die Perowskit-Vorläufer-Lösung in der Perowskit-Vorläufer-Lösung vorliegt. 5. Process according to one or more of the preceding embodiments, wherein the polymer additive is present in the perovskite precursor solution in a concentration of 0.01 mg/ml to 2.0 mg/ml, preferably 0.05 mg/ml to 1.0 mg/ml, based on the perovskite precursor solution.
6. Verfahren nach einer oder mehreren der Vorstehendenden Ausführungsformen, wobei das Lösungsmittel der Vorläufer-Lösung ein polar aprotisches Lösungsmittel ist, bevorzugt Dimethylformamid (DMF), Dimethylsulfoxid (DMSO), N- Methylpyrrolidon (NMP), 2-Methoxyethanol oder y-Butyrolacton oder ein Gemisch davon, besonders bevorzugt DMF. 7. Verfahren nach einem oder mehreren von [2] bis [6], wobei die Perowskit-Vorläufer ausgewählt werden aus Halogeniden von Metallen, insbesondere Pb und Cs, sowie Halogeniden von organischen Kationen, insbesondere Methylammonium (MAI) und Formamidinium (FAI), wobei die Halogenide bevorzugt aus Bromid, lodid und Chlorid ausgewählt werden, besonders bevorzugt lodid und/oder Bromid sind, und am bevorzugtesten lodid und Bromid sind. 6. Process according to one or more of the preceding embodiments, wherein the solvent of the precursor solution is a polar aprotic solvent, preferably dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), N-methylpyrrolidone (NMP), 2-methoxyethanol or γ-butyrolactone or a mixture thereof, particularly preferably DMF. 7. Process according to one or more of [2] to [6], wherein the perovskite precursors are selected from halides of metals, in particular Pb and Cs, and halides of organic cations, in particular methylammonium (MAI) and formamidinium (FAI), wherein the halides are preferably selected from bromide, iodide and chloride, particularly preferably are iodide and/or bromide, and most preferably are iodide and bromide.
8. Verfahren nach einem oder mehreren von [2] bis [7], wobei die Perowskit-Vorläufer Pbl2, PbBr2, MAI, FAI und Csl sind. 8. The process according to one or more of [2] to [7], wherein the perovskite precursors are Pbl 2 , PbBr 2 , MAI, FAI and Csl.
9. Verfahren nach einem oder mehreren von [2] bis [8], wobei die Pb-(ll)-Verbindung ausgewählt wird aus Pbl2, PbBr2 und Pb(CH3COO)2 bzw. der Perowskit ausgewählt wird aus FAPbh, MAPbh, CsxFAi.xPbl3 und CsxFAyMAi.x.yPb(lzBri.z)3, wobei x + y < 1 , 0 < x < 1 , 0 < y < 1 und 0 < z < 1 , und x den Anteil von Cs an allen Kationen der Oxidationsstufe + 1 , y den Anteil von FA an allen Kationen mit der Oxidationsstufe +1 und z den Anteil von lod an allen Anionen bedeutet. 9. Process according to one or more of [2] to [8], wherein the Pb(II) compound is selected from Pbl2 , PbBr2 and Pb(CH3COO) 2 or the perovskite is selected from FAPbh, MAPbh, CsxFAi.xPbl3 and CsxFAyMAi.xyPb ( lzBri.z )3, where x + y < 1 , 0 < x < 1, 0 < y < 1 and 0 < z < 1, and x is the proportion of Cs in all cations with the oxidation state +1, y is the proportion of FA in all cations with the oxidation state +1 and z is the proportion of iodine in all anions.
10. Verfahren nach einer oder mehreren der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die hydrophobe Schicht ausgewählt ist aus elektrisch leitfähigen hydrophoben Polymeren, bevorzugt aus P3HT, polyTPD (poly[N,N'-bis(4-Butylphenyl)-N,N‘- bis(phenyl)-benzidin], PTAA (poly[bis(4-Phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amin]), Me- 4PACz ([4-(3,6-Dimethyl-9/7-carbazol-9-yl)butyl]phosphonsäure und Me-6PACz ([6- 3,6-Dimethyl-9H-carbazol-9-yl)hexyl]phosphonsäure. 10. Process according to one or more of the preceding embodiments, wherein the hydrophobic layer is selected from electrically conductive hydrophobic polymers, preferably from P3HT, polyTPD (poly[N,N'-bis(4-butylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)benzidine], PTAA (poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine]), Me-4PACz ([4-(3,6-dimethyl-9/7-carbazol-9-yl)butyl]phosphonic acid and Me-6PACz ([6-3,6-dimethyl-9H-carbazol-9-yl)hexyl]phosphonic acid.
11. Verfahren nach einer oder mehreren der vorstehenden Ausführungsformen, wobei der erhaltene Perowskit die Summenformel Cso.o5MAo.22FAo.73Pb(lo.78Bro.2)30der Cso,o5(MAi7FA83)o,95Pb(ls3Bri7)3 hat. 11. Process according to one or more of the preceding embodiments, wherein the perovskite obtained has the empirical formula Cso.o5MAo.22FAo.73Pb( lo.78Bro.2 ) 30or Cso,o5(MAi7FA83)o,95Pb(ls3Bri7)3.
12. Perowskit-Solarzelle, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine nach dem Verfahren nach einem oder mehreren von [2] bis [11] hergestellte Perowskit-Schicht enthält. 12. Perovskite solar cell, characterized in that it contains a perovskite layer produced by the process according to one or more of [2] to [11].
13. Verwendung von Polymethylmethacrylat als Additiv zur Herstellung einer Pb-(ll)- Perowskitschicht auf einer hydrophoben Oberfläche. 13. Use of polymethyl methacrylate as an additive for producing a Pb(II) perovskite layer on a hydrophobic surface.

Claims

Patentansprüche Patent claims
1. Verfahren zur Herstellung einer eine oder mehrere Pb-(ll)-Verbindungen enthaltenden Beschichtung auf einer hydrophoben Oberfläche durch Aufträgen einer Vorläufer- Lösung, die eine oder mehrere Pb-(ll)-Verbindung(en) in einem organischen Lösungsmittel enthält; optional anschließendes Aufbringen eines organischen Anti- Lösungsmittels; und daran anschließendes Erhitzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorläufer-Lösung ein polare Gruppen enthaltendes Polymer-Additiv enthält, wobei das Polymer-Additiv Polymethylmethacrylat (PMMA) ist. 1. A process for producing a coating containing one or more Pb(II) compounds on a hydrophobic surface by applying a precursor solution containing one or more Pb(II) compounds in an organic solvent; optionally subsequently applying an organic anti-solvent; and then heating, characterized in that the precursor solution contains a polymer additive containing polar groups, wherein the polymer additive is polymethyl methacrylate (PMMA).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Vorläufer-Lösung Perowskit-Vorläufer enthält, von denen mindestens einer eine Pb-(ll)-Verbindung ist, und die Beschichtung eine Perowskit-Schicht ist. 2. The method of claim 1, wherein the precursor solution contains perovskite precursors, at least one of which is a Pb(II) compound, and the coating is a perovskite layer.
3. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, wobei das Polymer- Additiv in einer Konzentration von 0,01 mg/ml bis 2,0 mg/ml, bevorzugt 0,05 mg/ml bis 1 ,0 mg/ml bezogen auf die Perowskit-Vorläufer- Lösung in der Perowskit-Vorläufer- Lösung vorliegt. 3. Process according to one or more of the preceding claims, wherein the polymer additive is present in the perovskite precursor solution in a concentration of 0.01 mg/ml to 2.0 mg/ml, preferably 0.05 mg/ml to 1.0 mg/ml, based on the perovskite precursor solution.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Vorstehendenden Ansprüche, wobei das Lösungsmittel der Vorläufer-Lösung ein polar aprotisches Lösungsmittel ist, bevorzugt Dimethylformamid (DMF), Dimethylsulfoxid (DMSO), N-Methylpyrrolidon (NMP), 2- Methoxyethanol oder y-Butyrolacton oder ein Gemisch davon, besonders bevorzugt DMF. 4. Process according to one or more of the preceding claims, wherein the solvent of the precursor solution is a polar aprotic solvent, preferably dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), N-methylpyrrolidone (NMP), 2-methoxyethanol or γ-butyrolactone or a mixture thereof, particularly preferably DMF.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Perowskit- Vorläufer ausgewählt werden aus Halogeniden von Metallen, insbesondere Pb und Cs, sowie Halogeniden von organischen Kationen, insbesondere Methylammonium (MAI) und Formamidinium (FAI), wobei die Halogenide bevorzugt aus Bromid, lodid und Chlorid ausgewählt werden, besonders bevorzugt lodid und/oder Bromid sind, und am bevorzugtesten lodid und Bromid sind. 5. Process according to one or more of claims 2 to 4, wherein the perovskite precursors are selected from halides of metals, in particular Pb and Cs, and halides of organic cations, in particular methylammonium (MAI) and formamidinium (FAI), wherein the halides are preferably selected from bromide, iodide and chloride, particularly preferably are iodide and/or bromide, and most preferably are iodide and bromide.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Perowskit- Vorläufer Pbl2, PbBr2, MAI, FAI und Csl sind. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Pb-(ll)- Verbindung ausgewählt wird aus Pbl2, PbBr2 und Pb(CHsCOO)2 bzw. der Perowskit ausgewählt wird aus FAPbh, MAPbh, CsxFAi.xPbl3 und CsxFAyMAi.x.yPb(lzBri.z)3, wobei x + y < 1 , 0 ^ x 5 1 , 0 y 1 und 0 z 1 , und x den Anteil von Cs an allen Kationen der Oxidationsstufe + 1 , y den Anteil von FA an allen Kationen mit der Oxidationsstufe +1 und z den Anteil von lod an allen Anionen bedeutet. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, wobei die hydrophobe Schicht ausgewählt ist aus elektrisch leitfähigen hydrophoben Polymeren, bevorzugt aus P3HT, polyTPD (poly[N,N‘-bis(4-Butylphenyl)-N,N‘-bis(phenyl)-benzidin], PTAA (poly[bis(4-Phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amin]), Me-4PACz ([4-(3,6-Dimethyl-9/7- carbazol-9-yl)butyl]phosphonsäure und Me-6PACz ([6-3,6-Dimethyl-9H-carbazol-9- yl)hexyl]phosphonsäure. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, wobei der erhaltene Perowskit die Summenformel Cso.o5MAo.22FAo.73Pb(lo.78Bro.2)30der Oso,o5(MAi7FA83)o,95Pb(l83Bri7)3 hat. Perowskit-Solarzelle, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine nach dem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 9 hergestellte Perowskit-Schicht enthält. 6. Process according to one or more of claims 2 to 5, wherein the perovskite precursors are Pbl2, PbBr2, MAI, FAI and Csl. Process according to one or more of claims 2 to 6, wherein the Pb(II) compound is selected from Pbl2, PbBr2 and Pb(CHsCOO)2 or the perovskite is selected from FAPbh, MAPbh, Cs x FAi. x Pbl3 and Cs x FA y MAi. xy Pb(l z Bri. z )3, where x + y < 1, 0 ^ x 5 1, 0 y 1 and 0 z 1, and x is the proportion of Cs in all cations with the oxidation state + 1, y is the proportion of FA in all cations with the oxidation state +1 and z is the proportion of iodine in all anions. Method according to one or more of the preceding claims, wherein the hydrophobic layer is selected from electrically conductive hydrophobic polymers, preferably from P3HT, polyTPD (poly[N,N'-bis(4-butylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)benzidine], PTAA (poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine]), Me-4PACz ([4-(3,6-dimethyl-9/7-carbazol-9-yl)butyl]phosphonic acid and Me-6PACz ([6-3,6-dimethyl-9H-carbazol-9-yl)hexyl]phosphonic acid. Method according to one or more of the preceding claims, wherein the perovskite obtained has the empirical formula Cso.o5MAo.22FAo.73Pb(lo.78Bro.2)30or Oso,o5(MAi7FA83)o,95Pb(l83Bri7)3 Perovskite solar cell, characterized in that it contains a perovskite layer produced by the process according to one or more of claims 2 to 9.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220108847A1 (en) 2019-01-30 2022-04-07 Nutech Ventures Conversion of halide perovskite surfaces to insoluble, wide-bandgap lead oxysalts for enhanced solar cell stability

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11877504B2 (en) 2021-04-14 2024-01-16 Purdue Research Foundation Mechanically robust and self-healable perovskite solar cells

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220108847A1 (en) 2019-01-30 2022-04-07 Nutech Ventures Conversion of halide perovskite surfaces to insoluble, wide-bandgap lead oxysalts for enhanced solar cell stability

Non-Patent Citations (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. AL-ASHOURI ET AL., ENERGY ENVIRON. SCI, 2019
A. D. TAYLOR ET AL., NATURE COMMUNICATIONS, Retrieved from the Internet <URL:https://doi.org/10.1038/s41467-021-22049-8>
A. KOJIMA ET AL., J. AM CHEM. SOC., vol. 131, no. 17, 2009, pages 6050 - 6051
CONGCONG WU ET AL: "Fullerene Polymer Complex Inducing Dipole Electric Field for Stable Perovskite Solar Cells", ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS, WILEY - V C H VERLAG GMBH & CO. KGAA, DE, vol. 29, no. 12, 7 January 2019 (2019-01-07), pages n/a, XP072413964, ISSN: 1616-301X, DOI: 10.1002/ADFM.201804419 *
D. BI ET AL.: "Polymer-templated nucleation and crystal growth of perovskite films for solar cells with efficiency > 21%", NATURE ENERGY, vol. 9, 2016, pages 2609
H. KIM ET AL.: "Polymethyl Methacrylate as an Interlayer Between the Halide Perovskite and Copper Phthalocyanine Layers for Stable and Efficient Perovskite Solar Cells", ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS, vol. 32, no. 13, 2021
HÖCKER JULIAN ET AL: "Efficient Solution Processed CH 3 NH 3 PbI 3 Perovskite Solar Cells with PolyTPD Hole Transport Layer", ZEITSCHRIFT FUER NATURFORSCHUNG A, A JOURNAL OF PHYSICAL SCIENCES, vol. 74, no. 8, 8 July 2019 (2019-07-08), DE, pages 665 - 672, XP093085420, ISSN: 0932-0784, DOI: 10.1515/zna-2019-0127 *
J. GONG ET AL.: "Perovskite photovoltaics: life-cycle assessment of energy and environmental impacts", ENERGY AND ENVIRONMENTAL SCIENCE, vol. 8, 2015, pages 1953 - 1968
J. HÖCKERZEITSCHR ET AL., NATURFORSCH, vol. 74, 2019, pages 665 - 672
J. LEE ET AL., ADV. MATER., vol. 29, 2017, pages 1606363
J. PENG ET AL.: "A Universal Double-Side Passivation forHigh Open-Circuit Voltage in Perovskite Solar Cells: Role of Carbonyl Groups in Poly(methyl methacrylate)", ADVANCED ENERGY MATERIALS, vol. 8, no. 30, 2018
J. PENG ET AL.: "Nanoscale localized contacts for high fill factors in polymer-passivated perovskite solar cells", SCIENCE, vol. 371, no. 6527, 2021, pages 390 - 395
L. C. CHEN: "Influence of PMMA on All-Inorganic Halide Perovskite CsPbBr(3) Quantum Dots Combined with Polymer Matrix", MATERIALS (BASEL, vol. 12, no. 6, 2019
P. TOCKHORN ET AL.: "Nano-optical designs for high-efficiency monolithic perovskite-silicon tandem solar cells", NATURE NANOTECHNOLOGY, 24 October 2022 (2022-10-24), Retrieved from the Internet <URL:https://doi.org/10.1038/s41565-022-012228-8>
S. MASI ET AL.: "Multiscale morphology design of hybrid halide perovskites through a polymeric template", NANOSCALE, vol. 7, 2015, pages 18569
S. TAO ET AL.: "Absolute energy level positions in tin-and lead-based halide perovskites", NATURE COMM., vol. 10, 2019, pages 2560
S. Z.B. A. AL-ASHOURIA.A.O., A. AL-ASHOURI ET AL., SCIENCE, 2020, pages 1300 - 1309
SUTTHANA SUTTHIPOJ ET AL: "Interface modification of CH 3 NH 3 PbI 3 /PCBM by pre-heat treatment for efficiency enhancement of perovskite solar cells", CURRENT APPLIED PHYSICS, vol. 17, no. 4, 1 April 2017 (2017-04-01), AMSTERDAM, NL, pages 488 - 494, XP093104452, ISSN: 1567-1739, DOI: 10.1016/j.cap.2017.01.015 *
X. XU ET AL., J. POWER SOURCES, vol. 360, 2017, pages 157
Z.B. A. AL-ASHOURI ET AL.: "Conformal monolayer contacts with lossless interfaces for perovskite single junction and monolithic tandem solar cells", ENERGY AND ENVIRON. SCI., vol. 12, 2019, pages 3356, XP055967929, DOI: 10.1039/C9EE02268F

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