钙钛矿太阳能电池及其制备方法与流程

本申请涉及电池，特别是涉及一种钙钛矿太阳电池及其制备方法。

背景技术：

1、钙钛矿太阳能电池具有光吸收系数高、带隙可调、制备工艺简单以及成本低等优势，被认为是最具有应用前景的太阳能电池之一。钙钛矿太阳能电池的结构主要包括导电衬底电极、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层和对电极，其中空穴传输层起到收集和传输空穴的作用，从而实现电子和空穴的有效分离，对电池的效率和稳定性有着重要影响。

2、自组装单分子层(self-assembled monolayers,sam层)是在固体基底上自发吸附和形成的有序单分子层，近年来被用作钙钛矿太阳能电池的空穴传输层。目前，作为空穴传输层的自组装单分子材料主要有(2-(9h-咔唑-9-基)乙基)膦酸(即2pacz)以及(4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基)磷酸(即me-4pacz)等，相较于传统的空穴传输材料，自组装单分子材料具有空穴选择性强、制备兼容性高及寄生吸收小等优势。自组装单分子材料通常具有一端亲水一端亲油的结构，在电池的制备过程中，亲水的一端与透明导电基底反应键合，从而使得亲油的一端暴露于sam层的表面，并直接与钙钛矿层接触。然而，制备钙钛矿层的溶液通常包括dmf、dmso或nmp等高极性溶剂，这些溶剂与sam层表面的亲油基团相容性较差，故钙钛矿溶液在sam层表面的浸润性较差，形成的钙钛矿层与sam层不能充分接触，降低了钙钛矿太阳能电池的光电转化效率。

技术实现思路

1、基于此，有必要提供一种光电转化效率较高的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

2、本申请的一个方面，提供了一种钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池包括层叠设置的导电衬底电极、空穴传输层、钙钛矿层和对电极，所述空穴传输层包括自组装单分子材料和有机添加剂，所述有机添加剂具有r1和r2，其中r1为酸性基团，r2为含氮基团。

3、上述钙钛矿太阳能电池，通过在空穴传输层中加入特定的有机添加剂，使空穴传输层与钙钛矿层和导电衬底电极充分接触，故可提高电池的光电转化效率。具体地，在制备钙钛矿太阳能电池的过程中，有机添加剂分子链中的酸性基团与导电衬底电极发生键合反应，有效增强空穴传输层与导电衬底电极之间的结合强度；有机添加剂分子链中的含氮基团则暴露在空穴传输层的表面，且上述含氮基团具有合适的极性，故可以改善钙钛矿溶液在空穴传输层表面的浸润性，进而使钙钛矿层与空穴传输层紧密贴合。此外，含氮基团还能够起到诱导钙钛矿层的结晶取向、钝化钙钛矿层的作用。

4、在其中一些实施例中，r1包括-cooh、-so3h和-po3h2中的至少一种。

5、在其中一些实施例中，r2包括-nh2、-n＝chnh2、-n＝c(nh2)2、-n(ch3)c(nh2)＝nh和-c≡n中的至少一种。

6、在其中一些实施例中，所述有机添加剂还包括连接r1和r2的连接基团l，l包括c1～c8烷基、c1～c8杂烷基和c5～c12芳基中的至少一种。

7、在其中一些实施例中，所述有机添加剂选自胍基乙酸、胍基磺酸乙酯、磷酸肌肉醇、β-丙酸胍、l-3-胍基丙氨酸盐酸盐、4-胍基丁酸、l-精氨酸、对胍基苯甲酸盐酸盐、2-胍基琥珀酸和(s)-(-)-2-胍基戊二酸中的至少一种。

8、在其中一些实施例中，所述自组装单分子材料包括化合物(i)和化合物(ⅱ)中的至少一种，所述化合物(i)和化合物(ⅱ)的结构式如下：

9、

10、其中，r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9和r10各自独立地选自-h、-ch3、-c2h5、-och3、-x和-nh2中至少一种。

11、在其中一些实施例中，所述有机添加剂与所述自组装单分子材料的物质的量之比为(2～5):100。

12、在其中一些实施例中，所述钙钛矿太阳能电池还包括设置在所述钙钛矿层和所述对电极之间的电子传输层。

13、本申请的又一个方面，提供了上述钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

14、将所述自组装单分子材料和所述有机添加剂加入到溶剂中，制备混合溶液；

15、将所述混合溶液涂覆在所述导电衬底电极的表面，制备所述空穴传输层；

16、在所述空穴传输层上形成所述钙钛矿层；

17、在所述钙钛矿层上形成对电极。

18、在其中一些实施例中，所述混合溶液中，所述自组装单分子材料的浓度为0.5g/l～1.5g/l，所述有机添加剂的浓度为0.01g/l～0.04g/l。

技术特征：

1.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池包括层叠设置的导电衬底电极、空穴传输层、钙钛矿层和对电极，所述空穴传输层包括自组装单分子材料和有机添加剂，所述有机添加剂具有r1和r2，其中r1为酸性基团，r2为含氮基团。

2.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，r1包括-cooh、-so3h和-po3h2中的至少一种。

3.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，r2包括-nh2、-n＝chnh2、-n＝c(nh2)2、-n(ch3)c(nh2)＝nh和-c≡n中的至少一种。

4.如权利要求1～3任一项所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述有机添加剂还包括连接所述r1和r2的连接基团l，l包括c1～c8烷基、c1～c8杂烷基和c5～c12芳基中的至少一种。

5.如权利要求1～3任一项所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述有机添加剂包括胍基乙酸、胍基磺酸乙酯、磷酸肌肉醇、β-丙酸胍、l-3-胍基丙氨酸盐酸盐、4-胍基丁酸、l-精氨酸、对胍基苯甲酸盐酸盐、2-胍基琥珀酸和(s)-(-)-2-胍基戊二酸中的至少一种。

6.如权利要求1～3任一项所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述自组装单分子材料包括化合物(i)和化合物(ⅱ)中的至少一种，所述化合物(i)和化合物(ⅱ)的结构式如下：

7.如权利要求1～3任一项所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述有机添加剂与所述自组装单分子材料的物质的量之比为(2～5):100。

8.如权利要求1～3任一项所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池还包括设置在所述钙钛矿层和所述对电极之间的电子传输层。

9.权利要求1至8任一项所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.如权利要求9所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中，所述自组装单分子材料的浓度为0.5g/l～1.5g/l，所述有机添加剂的浓度为0.01g/l～0.04g/l。

技术总结
本申请涉及一种钙钛矿太阳电池及其制备方法。上述钙钛矿太阳能电池包括层叠设置的导电衬底电极、空穴传输层、钙钛矿层和对电极，空穴传输层包括自组装单分子材料和有机添加剂，有机添加剂具有R<subgt;1</subgt;和R<subgt;2</subgt;，其中R<subgt;1</subgt;为酸性基团，R<subgt;2</subgt;为含氮基团。该钙钛矿太阳能电池通过在空穴传输层中加入特定的有机添加剂，使空穴传输层与钙钛矿层和导电衬底电极充分接触，故可提高电池的光电转化效率。此外，有机添加剂中的含氮基团还能够起到诱导钙钛矿层的结晶取向、钝化钙钛矿层的作用。

技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：深圳现象光伏科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16