一种以MoO3/PEDOT:PSS薄膜作为空穴传输层的钙钛矿光伏电池及其制备方法与流程

本发明涉及一种以moo3/pedot:pss薄膜作为空穴传输层的钙钛矿光伏电池及其制备方法，属于薄膜材料与器件领域。

背景技术：

近年来，为了解决日益严峻的能源和环境问题，人们把目光投向了新能源的开发和利用上。在各种新能源技术中，光伏发电无疑是最具有前景的方向之一。传统的硅基太阳能电池虽然实现了产业化，有着较为成熟的市场，但其性价比还无法与传统能源相竞争，并且制造过程中的污染和能耗问题影响了其广泛应用。因此，研究和发展高效率、低成本的新型太阳能电池十分必要。在众多的新型太阳能电池里，钙钛矿光伏电池近两年脱颖而出，自从2012年park课题组首次报道寿命500小时，效率达到9.7%的全固态钙钛矿光伏电池以来，钙钛矿光伏电池受到了学界和产业界的极大关注，发展迅速，还被《science》评选为2013年十大科学突破之一。

钙钛矿光伏电池具有光吸收系数大、激子扩散长度长、载流子迁移率高等优点。典型的钙钛矿光伏电池的结构有两种：一种为介孔结构，另一种为平面结构。与介孔结构相比，平面结构钙钛矿电池结构简单，可在低温条件下制备。平面钙钛矿光伏电池就是在钙钛矿光敏层的前后分别加上电子传输层和空穴传输层形成三明治结构。在平面钙钛矿光伏电池中，使用最多的空穴传输材料是poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate)(pedot:pss)。虽然使用pedot:pss作为空穴传输层的钙钛矿电池获得了较高的能量转换效率，但是由于pedot:pss具有一定的酸性，其对ito或者fto电极会产生较强的腐蚀作用，造成器件寿命的下降。因此开发传输性能好，性质稳定的空穴传输层非常必要。

技术实现要素：

本发明涉及一种以moo3/pedot:pss薄膜作为空穴传输层的钙钛矿光伏电池及其制备方法。针对现有技术的不足，目的在于提供一种moo3/pedot:pss薄膜作为空穴传输层的钙钛矿光伏电池及其制备方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种以moo3/pedot:pss薄膜作为空穴传输层的钙钛矿光伏电池，其特征在于，电池由下到上依次包括透明导电衬底、moo3/pedot:pss空穴传输层、钙钛矿光敏层、电子传输层和反射电极。

进一步的，上述方案中，所述的透明导电衬底为沉积有ito、fto、azo的玻璃衬底或者柔性衬底。

进一步的，上述方案中，所述的光伏电池使用moo3/pedot:pss作为空穴传输层。

进一步的，上述方案中，所述的钙钛矿光敏层为ch3nh3pbi3、ch3nh3pbi3-xclx、ch3nh3pbbr3、cspbi3、cspbi3-xclx、cspbbr3中的一种。

进一步的，上述方案中，所述的电子传输层为c60、c70、pcbm中的一种，作为改进，在制备电子传输层上继续制备一层bphen、bcp、alq3中的一种作为电极修饰层。

进一步的，上述方案中，所述的反射电极为al电极、ag电极或者au电极中的一种。

进一步的，上述方案中，器件的制备包括以下步骤：

(1)透明衬底采用丙酮、玻璃清洗剂依次清洗，丙酮、去离子水、异丙醇中各超声处理10分钟，氮气吹干后紫外灯照射处理10分钟；

(2)在透明衬底上制备moo3层；moo3层的制备使用浓度为1%-4%的钼酸铵(nh4)6mo7o24–4h2o水溶液作为mo源；

(3)在moo3层上制备pedot:pss层；

(4)在pedot:pss层上制备钙钛矿光敏层；

(5)在钙钛矿光敏层上制备电子传输层；

(6)在钙钛矿光敏层上制备反射电极。

上述方案中，moo3层的制备包括以下步骤：

(1)广口烧瓶中使用去离子水将定量的(nh4)6mo7o24–4h2o溶解；

(2)80℃条件下敞口搅拌60分钟；

(3)使用去离子水将所得溶液稀释，获得不同浓度的网moo3前驱体溶液；

(4)在透明衬托上旋转涂覆moo3前驱体溶液，转速4000转/秒，时间30秒；

(5)100℃加热板退火10分钟。

本发明的有益效果如下：本发明所制备的moo3/pedot:pss空穴传输层作为有机材料pedot:pss的改进，至少具有以下作用：(1)moo3具备较高的功函数，制备在透明电极上，可以提高电极的功函数，促进空穴的收集，从而提高器件的能量转换效率；(2)moo3的引入可以避免pedot:pss层与透明电极的接触，抑制pedot:pss对电极的腐蚀作用，提高器件寿命。所述的moo3/pedot:pss空穴传输层完全采用溶液工艺通过旋转涂覆制备，操作简单、成本低廉、易于实现大面积生产。

附图说明

图1为本发明的光伏电池的器件结构示意图；1为透明导电衬底，2为moo3/pedot:pss空穴传输层，3为钙钛矿光敏层，4为电子传输层，5为射电极。

图2为本发明空穴传输层结构示意图；6为moo3层、7为pedot:pss层。

具体实施方式

实例一：

一种以moo3/pedot:pss薄膜作为空穴传输层的钙钛矿光伏电池及其制备方法，如图1所示的电池的器件结构为ito/moo3/pedot:pss/ch3nh3pbi3/c60/bphen/ag，其中电池的空穴传输层如图2所示，为moo3/pedot:pss薄膜的复合空穴传输层，器件的制备包括步骤：第一步：基底清洗：ito导电玻璃使用丙酮、玻璃清洗剂依次清洗，丙酮、去离子水、异丙醇中各超声处理10分钟，氮气吹干后紫外灯照射处理10分钟。第二步：空穴传输层沉积：首先制备moo3层：(1)广口烧瓶中使用去离子水将钼酸铵(nh4)6mo7o24–4h2o溶解；(2)80℃条件下敞口搅拌60分钟；(3)使用去离子水将所得溶液稀释到质量分数2%；(4)在透明衬托上旋转涂覆moo3前驱体溶液，转速4000转/秒，时间30秒；(5)100℃加热板退火10分钟。其次制备pedot:pss层：在moo3基底上旋转涂覆pedot:pss空穴传输层，转速：低俗500转/秒5秒，高速4000转/秒35秒。涂覆完毕后120℃退火处理20分钟。获得的pedot:pss空穴传输层的厚度在40nm左右。第三步：钙钛矿吸光层沉积；使用两步法，按照以下方法制备钙钛矿光敏层。(1)配置460mg/mlpbi2溶液，溶剂为二甲基甲酰胺dmf、50mg/mlch3nh3i溶液,溶剂为异丙醇；60℃条件下溶解12小时。(2)在pedot:pss空穴传输层上旋转涂覆pbi2溶液，转速2000转/秒，时间30秒。100℃加热板上干燥三分钟。获得致密的pbi2薄膜。(3)在pbi2上旋转涂覆50mg/ml的ch3nh3i溶液。转速3000转/秒，时间30秒。(4)100℃加热板上退火60分钟，获得结晶性能良好的ch3nh3pbi3钙钛矿光敏层。第四步：在钙钛矿光敏层上制备电子传输层；打开超高真空沉积系统，装入生长好ch3nh3pbi3钙钛矿光敏层的衬底和电子传输层材料c60和电极修饰材料bphen；超高真空沉积系统抽真空至压力小于10^-4pa后，开始真空沉积c60电子传输层；使用石英晶振片监控电子传输层的膜厚，c60膜厚在40nm，沉积速率控制在0.1nm/s。在c60电子传输层上继续沉积5nmbphen层作为电极修饰层。第五步：电极修饰层上沉积100nmag作为反射电极。第六步：测试；在am1.5模拟太阳光下对器件进行光伏性能测试，获得的以moo3/pedot:pss薄膜作为空穴传输层的钙钛矿光伏电池的光伏参数为短路电流21.2ma/cm²，开路电压0.940v，填充因子0.70，能量转换效率13.9%。黑暗条件下存储2个月，器件效率保持了初始效率的80%，证明器件稳定性良好。而单使用pedot:pss作为空穴传输层的对比器件(器件结构：ito/pedot:pss/ch3nh3pbi3/c60/bphen/ag)能量转换效率为10.2%，黑暗条件下存储2个月，对比器件保持的能量转换效率低于初始效率的30%，证明moo3/pedot:pss薄膜作为空穴传输层能够显著提高器件的能量转化效率和寿命。