[發(fā)明專利]空穴傳輸層材料及其構成的鈣鈦礦太陽電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710028892.X
• 申請日: 2017-01-16
• 公開（公告）號: CN106876589B
• 公開（公告）日: 2018-12-25
• 發(fā)明（設計）人: 李昌治;陳歡樂;傅偉飛;陳紅征
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高;傅朝棟

本發(fā)明公開了一種空穴傳輸層材料及其構成的鈣鈦礦太陽電池。它包括襯底、陽極、空穴傳輸層、活性層、電子傳輸層和陰極，其中活性層為傳統(tǒng)的甲胺碘化鉛（MAPbI₃）型鈣鈦礦，兩種空穴傳輸層材料均為星形對稱分子。本發(fā)明所制備的鈣鈦礦電池均具有較高的開路電壓V_OC，較高的短路電流J_SC，較高的填充因子，其中TPP?OMeTAD所在鈣鈦礦電池能量轉換效率最高為14.6%，TPP?SMeTAD所在鈣鈦礦電池能量轉換效率最高可達16.6%，兩者均優(yōu)于在同等器件結構下采用傳統(tǒng)空穴傳輸層材料PEDOT:PSS的鈣鈦礦太陽電池的效率。本發(fā)明的空穴傳輸材料在鈣鈦礦制備過程中可溶解于溶劑中最終留在鈣鈦礦層中形成異質(zhì)結結構，從而提高空穴的抽取效率且降低空穴?電子復合的幾率，最終提高器件效率。

技術領域

本發(fā)明涉及新材料和太陽電池，尤其涉及了空穴傳輸層材料及它們構成的鈣鈦礦太陽電池。

背景技術

通過太陽電池來高效地轉化太陽光為電能一直以來是學術界與產(chǎn)業(yè)界關注與研究的熱點。硅基太陽電池為主導的無機太陽電池是目前所有太陽電池中發(fā)展最為成熟的品種，具有相對較高的光電轉化效率，但生產(chǎn)制造過程中高的能耗與污染帶來了高昂的生產(chǎn)成本，同時對周邊環(huán)境造成污染。

可溶液加工的太陽電池，能夠通過roll-to-roll技術實現(xiàn)清潔、高效、大規(guī)模批量生產(chǎn)，是太陽電池未來發(fā)展的方向之一。代表性的可溶液加工太陽電池(如染料敏化電池、有機(聚合物)電池、有機-無機雜化電池、量子點敏化電池等)的光電轉換效率的研究在快速發(fā)展。其中有機-無機雜化電池中的雜化鈣鈦礦太陽電池近年來效率得到了飛速發(fā)展，至2016年第三季度，研究報道雜化鈣鈦礦太陽電池的最高效率可達22.1％(NREL EfficiencyChart.http://www.nrel.gov/ncpv/images/efficiency_chart.jpg)，說明雜化鈣鈦礦太陽電池具有很好的產(chǎn)業(yè)化前景。

在雜化鈣鈦礦太陽電池中，目前所使用的空穴傳輸層材料局限于2，2'，7，7'-四[N，N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9，9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)、聚三芳胺(PTAA)和PEDOT：PSS等。這類無定形的空穴傳輸層材料的空穴遷移率普遍較低，其中Spiro-OMeTAD和PTAA需要二(三氟甲基磺酰)鋰(Li-TFSI)和4-叔丁基吡啶(TBP)作為p型摻雜，這類摻雜分子會對電池器件的穩(wěn)定性帶來不利的影響；而PEDOT：PSS雖然不需要摻雜，但聚電解質(zhì)具有很強的吸濕性，容易破壞鈣鈦礦層的結構，另一方面，PEDOT：PSS的酸性會造成對ITO玻璃的腐蝕，同時具有易吸濕性，導致電池器件的穩(wěn)定性下降。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提出合成了兩種空穴傳輸層材料及它們構成的鈣鈦礦太陽電池，空穴傳輸層材料在分子結構上僅有一個原子的差別，在不需要p型摻雜情況下兩者具有較高空穴遷移率，同時兩種空穴傳輸材料均具有合適的HOMO能級與鈣鈦礦層能級匹配，并獲得了由兩種空穴傳輸層材料改性而成的鈣鈦礦太陽電池。同時通過控制所述兩種空穴傳輸材料的溶解度，使其在鈣鈦礦制備過程中溶解于溶劑中最終留在鈣鈦礦層中形成異質(zhì)結結構，最終提高空穴的抽取效率且降低空穴-電子復合的幾率從而提高器件效率。

本發(fā)明采用的技術方案如下：

一、基于空穴傳輸層材料：

所述的空穴傳輸層分子TPP-OMeTAD及TPP-SMeTAD，具體化學結構式為：

二、兩種基于空穴傳輸層材料的太陽電池，