环境友好型钙钛矿太阳电池空穴传输层及制备方法与应用

1.本发明涉及钙钛矿电池领域，具体涉及一种钙钛矿太阳电池空穴传输层及其制备方法与应用。


背景技术：

2.随着人类科技文明的不断发展，能源问题逐渐成为人类发展的首要问题。太阳能作为一种近乎取之不尽用之不竭的清洁能源，十分符合人类发展的需求，光伏技术也因此随着时代的发展而不断进步。钙钛矿太阳电池近年来发展十分迅猛，其单节效率已经突破了25％并还在不断的发展。钙钛矿太阳电池的结构通常为三明治结构包括输运空穴的空穴传输层，产生光生载流子的活性层以及输运电子的电子传输层。传输层的性能对于太阳电池的整体效率起着决定性的作用，因此找到合适的空穴传输材料是提升太阳电池性能的一大关键。当前运用在钙钛矿太阳电池中的空穴传输材料主要分为有机系材料包括ptaa、spiro
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omted、tapc、p3ht等等，无机系材料包括cui、cuscn、nio
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等。在这些材料中cuscn以其较高的载流子传输能力，低廉的价格以及较好的成膜质量和稳定性等优势而被研究人员广泛使用作为空穴传输材料。但是当前作为空穴传输材料的cuscn都溶解于有机溶剂比如二乙硫醚和乙腈之中，这些有机溶剂都是有毒有害且具有环境污染性，很不利于进行大规模工业化制备。


技术实现要素：

3.为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的目的在于提供一种钙钛矿太阳电池空穴传输层及其制备方法与应用。
4.本发明的目的通过下述技术方案实现：
5.一种环境友好型空穴传输层，包括cuscn，可选的还包括pedot:pss，所述空穴传输层由含cuscn溶液退火制得，所述含cuscn溶液的溶剂包括水、乙醇胺、乙二胺和二乙醇。
6.优选的，所述水、乙醇胺、乙二胺和二乙醇胺的用量比例为20
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30ul：60ul：10
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20ul：10ul。
7.一种环境友好型空穴传输层的制备方法，包括：
8.将含cuscn溶液旋涂于透明导电玻璃上；可选的所述含cuscn溶液还包括pedot:pss；
9.令所述含cuscn溶液退火得到所述环境友好型空穴传输层；
10.其中，所述含cuscn溶液的溶剂包括水、乙醇胺、乙二胺和二乙醇。
11.优选的，所述水、乙醇胺、乙二胺和二乙醇胺比例约为20
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30ul：60ul：10
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20ul：10ul。
12.优选的，所述含cuscn溶液的制备方法包括：
13.将cuscn，可选的pedot:pss，以及所述溶剂混合，搅拌6
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8小时，超声震荡20
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30分钟后过滤。
14.优选的，所述退火温度为150
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350℃，退火时间为30
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100分钟。
15.一种环境友好型钙钛矿太阳电池，包括前述环境友好型空穴传输层。
16.其中，该环境友好型钙钛矿太阳电池还可以包括本领域常规的透明导电玻璃，如ito透明导电玻璃；本领域常规的钙钛矿活性层，例如mapbi3，可采用本领域通常的一步法制得；本领域常规的电子传输层，例如pcbm；本领域常规的空穴阻挡层，例如bcp；以及本领域常规的金属电极，例如银电极，可通过诸如蒸镀的方式制得。
17.本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
18.本发明使用了一种氨和水的混合溶液很好的溶解了cuscn，溶解后的cuscn可用作钙钛矿太阳电池的空穴传输层。由于使用的是水系溶剂，这种cuscn溶液具有很好的成膜性并且对于钙钛矿溶液来说具有更好的浸润性，而且可以与多种水性空穴传输材料共混或掺杂，从而进一步提升钙钛矿层的成膜和总体太阳电池的性能。除此之外，该种溶剂溶解的cuscn属于无毒无害环保产品，不会对人体造成不良影响也不会污染环境。与传统的以pedot:pss材料作为空穴传输层的太阳电池相比，本发明的太阳电池填充因子大幅提升，从而实现了高性能低成本且环保的太阳电池制备。
附图说明
19.图1为实施例1的环境友好型钙钛矿太阳电池的基本结构示意图。
20.图2为实施例1中cuscn空穴传输层的xrd图谱。
21.图3为实施例1中含cuscn空穴传输层的环境友好型钙钛矿太阳电池的电压
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电流密度曲线。
22.图4分别显示了实施例1中含cuscn/pedot:pss空穴传输层的环境友好型钙钛矿太阳电池与含pedot:pss空穴传输层的常规钙钛矿太阳电池的电压
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电流密度曲线。
具体实施方式
23.下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
24.实施例1
25.一种环境友好型钙钛矿太阳电池，基本结构如图1所示，其制备方法包括以下步骤：
26.1.cuscn溶液的制备：称取一定量的cuscn的粉末，将称好的粉末与一毫升混合氨、水溶液混合并用磁力转子搅拌六至八小时(该混合溶液是由水、乙醇胺、乙二胺、二乙醇胺按照2:6:1:1的体积比例混合而成)。待cuscn粉末于氨、水溶液搅拌均匀后超声震荡20分钟随后使用0.22水系滤头过滤。
27.2.ito透明导电玻璃的清洗：将2.5cm
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2.5cm的ito透明导电玻璃用无尘布分别蘸取丙酮和乙醇擦去玻璃表面可见的灰尘并用氮气枪将其吹干。随后将擦好的ito玻璃放入烧杯中，分别使用丙酮，异丙醇和乙醇超声振荡清洗20分钟，待取用时用氮气枪吹干即可。
28.3.mapbi3钙钛矿的制备：在手套箱中分别称取159mg的mai，461mg的pbi2以及556.22mg的pbcl2。随后将称量好的药品用100ul的dmso和dmf混合溶液溶解搅拌均匀。
29.4.cuscn/pedot:pss混合液的制备：将cuscn与pedot:pss溶液混合后，超声30分钟并使用0.22水系滤头过滤。
30.5.空穴传输层的制备：
31.首先将清洗后的ito透明导电玻璃使用等离子体清洗设别用臭氧离子轰击清洗15分钟，随后将过滤好的cuscn或cuscn/pedot:pss取50ul铺满ito玻璃表面进行旋涂，在旋涂完成后将该玻璃片置于热台退火；
32.其中，cuscn空穴传输层采用静态旋涂工艺，在350℃下退火100分钟；cuscn/pedot:pss采用5000转40秒的旋涂工艺，载150℃下退火30分钟。
33.6.太阳电池活性层及电子传输层的制备：钙钛矿活性层采用一步法工艺制备，将50ul的钙钛矿前驱体溶液均匀铺满空穴传输层上，1000转旋涂3秒，4000转旋涂25秒，并在25秒的十八秒开始将100ul氯苯溶液于1秒内滴下，活性层旋涂完成后45℃退火30分钟，105℃退火5分钟。pcbm电子传输层同样采用动态旋涂的方式，在1500转时将40ulpcbm溶液滴下随后90℃退火5分钟。bcp层采用静态旋涂的方式，旋涂工艺为4000转，30秒，无需退火。
34.7.蒸镀电极：将前述的样品放入蒸镀机中，对完成旋涂的串联电池面蒸镀一层厚度为50
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100nm的ito，然后使用热蒸镀设备蒸镀银电极，厚度分别约为100nm。)
35.其中，由图2的xrd图像可清楚看出本实施例使用的氨、水混合溶剂溶解的cuscn与传统二乙基硫醚溶解的cuscn的衍射峰基本完全重合，这说明两种溶液的物质组成完全相同，也就是使用本发明的方法并没有改变cuscn的这一物质。由图3所示，在标准太阳光的照射下，本实施例都得太阳电池的短路电流密度约为15ma/cm2，开路电压为1.02v。图4分别显示了使用pedot:pss，pedot:pss/cuscn作为空穴传输层的太阳电池的电压
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电流密度曲线。由相同的标准太阳光进行照射，含pedot:pss空穴传输层的电池的短路电流为18.5ma/cm2，开路电压为1.08v，而使用pedot:pss/cuscn作为空穴传输层的太阳电池的短路电流为18.8ma/cm2，开路电压为0.98v，与pedot:pss相比，pedot:pss/cuscn使电池的电流略有提升，电压有所降低，但是填充因子提升十分大，因此总体转换效率提升了2％左右。
36.以上xrd图谱以及光伏性能测试结果说明本发明提供的新型cuscn空穴传输层具有高填充因子，高效率，无污染等优点。
37.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。