一种基于卷曲状P3HT空穴传输层的钙钛矿太阳电池及其制备方法与流程

本发明属于太阳能电池，尤其涉及一种基于卷曲状p3ht空穴传输层的钙钛矿太阳电池及其制备方法。

背景技术：

1、能源作为人类最早利用的自然资源之一，推动了文明社会的进步和经济领域的发展。面对不断消耗的不可再生能源和日益严峻的能源危机，发展绿色可再生能源技术势在必行。传统的基于硅等无机半导体材料的太阳能电池虽然已经商品化，但其生产工艺复杂、成本过高，并且存在无机材料不可降解以及不易柔性加工等缺陷，限制了其应用范围。而取之不尽用之不竭的太阳能作为一种绿色的可再生能源是最具有应用前景的光伏技术之一。

2、其中，单结钙钛矿太阳电池(pscs)的功率转换效率(pces)已经达到26％。由于其低成本的制造工艺和引人注目的光电性能，钙钛矿太阳能电池被认为是下一代光伏电池的重要资源。在典型的p-i-n结构中，空穴传输材料(htms)一般由氧化镍(niox)、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](ptaa)及自组装分子(sam)等构成。然而，niox作为金属氧化物，在工业生产中不能实现高质量的沉积；ptaa则是由三苯胺构成，具有较高的成本且苯环具有一定的不稳定性；sam则是小分子，相对于聚合物而言，其成膜性与稳定性均低于聚合物材料。

3、相比之下，聚(3-己基噻吩)(p3ht)凭借其出色的载流子迁移率、低成本制备以及广泛应用于共轭聚合物中的特性，被认为是一种有前景的高性能、长期耐用且可大规模扩展的钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料。因此，将p3ht作为制备高效稳定性的钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料具有重要意义。

4、但现有的粉末状、片状等形貌的p3ht作为空穴输运层制备的钙钛矿太阳能器件的效率并不理想，这可能是由于现有的粉末状、片状等形貌的p3ht的溶解性能一般、自组装能力差且堆积密度大，不能形成优异的共轭堆积，以至于载流子传输困难，造成明显的电压电流损失。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种基于卷曲状p3ht空穴传输层的钙钛矿太阳电池及其制备方法，本发明卷曲状的聚噻吩的堆积密度小，可以增强聚噻吩与钙钛矿界面处的载流子传输，进而提高基于卷曲状p3ht空穴传输层的钙钛矿太阳电池的效率，特别是卷曲状的p3ht更能增强p3ht与钙钛矿界面处的载流子传输。

2、本发明的目的在于提供一种基于卷曲状p3ht空穴传输层的钙钛矿太阳电池，所述钙钛矿太阳能电池包括空穴传输层，所述空穴传输层的材料为卷曲状的聚噻吩。

3、优选地，所述卷曲状的聚噻吩包括卷曲状的p3ht。

4、优选地，所述卷曲状的聚噻吩的堆积密度≤0.058g/cm3。

5、更优选地，所述卷曲状的聚噻吩的堆积密度为0.028～0.042g/cm3。

6、优选地，所述钙钛矿太阳能电池还包括透明基底层、浸润层、钙钛矿活性层、电子传输层、空穴阻挡层以及金属电极层。

7、优选地，所述透明基底层为透明导电玻璃ito。

8、优选地，所述浸润层的材料包括纳米氧化铝颗粒。

9、优选地，所述浸润层为岛状结构，所述岛状结构的形状包括针状、锥状、柱状、球状或片状。

10、优选地，所述钙钛矿活性层的材料包括碘化铅甲脒。

11、优选地，所述电子传输层的材料包括pcbm。

12、优选地，所述空穴阻挡层的材料包括bcp。

13、优选地，所述金属电极层的材料包括银或金。

14、优选地，所述空穴传输层的厚度为10～30nm，具体可为10nm、15nm、20nm、25nm、30nm。

15、优选地，所述透明基底层的方阻≤80ω，具体可为80ω、60ω、50ω、40ω、30ω、20ω、10ω。

16、优选地，所述岛状结构的高度为5～40nm，水平宽度为50～500nm，岛状结构的高度具体可为5nm、10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm，岛状结构的水平宽度为50、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm、500nm。

17、优选地，所述钙钛矿活性层的厚度为600～700nm，具体可为600nm、610nm、620nm、630nm、640nm、650nm、660nm、670nm、680nm、690nm、700nm。

18、优选地，所述电子传输层的厚度为40～100nm，具体可为40nm、45nm、50nm、55nm、60nm、65nm、70nm、75nm、80nm、85nm、90nm、95nm、100nm。

19、优选地，所述空穴阻挡层的厚度为5～10nm，具体可为5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm。

20、优选地，所述金属电极层的厚度为50～200nm，具体可为50nm、70nm、100nm、120nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm、200nm。

21、本发明另一目的在于提供一种所述基于卷曲状p3ht空穴传输层的钙钛矿太阳电池的制备方法，包括如下步骤：

22、在透明基底层依次层叠设置空穴传输层、浸润层、钙钛矿活性层、电子传输层、空穴阻挡层以及金属电极层。

23、优选地，制备所述空穴传输层、浸润层、钙钛矿活性层、电子传输层、空穴阻挡层的方式包括旋涂。

24、优选地，所述卷曲状的聚噻吩的浓度为0.2～1mg/ml。

25、本发明的卷曲状的聚噻吩还可以应用于钙钛矿发光二极管、钙钛矿x射线探测器、钙钛矿激光器等器件的制备。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

27、(1)本发明卷曲状的聚噻吩的堆积密度小，可以增强聚噻吩与钙钛矿界面处的载流子传输，进而提高基于卷曲状p3ht空穴传输层的钙钛矿太阳电池的效率，特别是卷曲状的p3ht更能增强p3ht与钙钛矿界面处的载流子传输，卷曲状的p3ht为提升基于卷曲状p3ht空穴传输层的钙钛矿太阳电池性能提供了新思路，有望在工业生产中得到应用。

28、(2)本发明的卷曲状p3ht应用于基于卷曲状p3ht空穴传输层的钙钛矿太阳电池时，可以作为p-i-n型钙钛矿器件的空穴传输层，使得基于卷曲状p3ht空穴传输层的钙钛矿太阳电池具有更高的效率。

29、(3)本发明的卷曲状p3ht合成为商品化产品，可批量获得，提高了基于卷曲状p3ht空穴传输层的钙钛矿太阳电池的效率，使得有机无机杂化体系的基于卷曲状p3ht空穴传输层的钙钛矿太阳电池效率超过17％。

技术特征：

1.一种基于卷曲状p3ht空穴传输层的钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池包括空穴传输层，所述空穴传输层的材料为卷曲状的聚噻吩。

2.如权利要求1所述的基于卷曲状p3ht空穴传输层的钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述卷曲状的聚噻吩包括卷曲状的p3ht。

3.如权利要求1所述的基于卷曲状p3ht空穴传输层的钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述卷曲状的聚噻吩的堆积密度≤0.058g/cm3。

4.如权利要求3所述的基于卷曲状p3ht空穴传输层的钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述卷曲状的聚噻吩的堆积密度为0.028～0.042g/cm3。

5.如权利要求1～4任一项所述的基于卷曲状p3ht空穴传输层的钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳电池还包括透明基底层、浸润层、钙钛矿活性层、电子传输层、空穴阻挡层以及金属电极层。

6.如权利要求5所述的基于卷曲状p3ht空穴传输层的钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述透明基底层为透明导电玻璃ito；

7.如权利要求5所述的基于卷曲状p3ht空穴传输层的钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述空穴传输层的厚度为10～30nm；

8.权利要求5～7所述基于卷曲状p3ht空穴传输层的钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.如权利要求8所述的基于卷曲状p3ht空穴传输层的钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，制备所述空穴传输层、浸润层、钙钛矿活性层、电子传输层、空穴阻挡层的方式包括旋涂。

10.如权利要求8所述的基于卷曲状p3ht空穴传输层的钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，所述卷曲状的聚噻吩的浓度为0.2～1mg/ml。

技术总结
本发明公开了一种基于卷曲状P3HT空穴传输层的钙钛矿太阳电池及其制备方法，所述基于卷曲状P3HT空穴传输层的钙钛矿太阳电池包括空穴传输层，所述空穴传输层的材料为卷曲状的聚噻吩；本发明卷曲状的聚噻吩的堆积密度小，作为空穴传输层的材料可以增强聚噻吩与钙钛矿界面处的载流子传输，进而提高基于卷曲状P3HT空穴传输层的钙钛矿太阳电池的效率，特别是卷曲状的P3HT更能增强P3HT与钙钛矿界面处的载流子传输。

技术研发人员：施信波,高进伟,姜月,王祯,彭阳丽
受保护的技术使用者：链行走新材料科技（广州）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11