[發明專利]聚合物空穴提取層材料及其構成的鈣鈦礦太陽電池

有效

• 申請號: 201710056634.2
• 申請日: 2017-01-25
• 公開（公告）號: CN106893082B
• 公開（公告）日: 2018-12-04
• 發明（設計）人: 李昌治;章中強;傅偉飛;陳紅征
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;H01L51/42;H01L51/46
• 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

本發明公開了三種聚合物空穴提取材料及它們所構成的鈣鈦礦太陽電池。本發明通過分子設計上以聚合物側鏈末端基團的區別合成了三種聚合物并制備出相應的鈣鈦礦太陽電池。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PB2T?O所在鈣鈦礦電池能量轉換效率最高為15.8％，PB2T?S所在鈣鈦礦電池能量轉換效率最高可達13.5％，兩者均優于在同等器件結構下采用傳統空穴提取層材料PEDOT:PSS的鈣鈦礦太陽電池的效率。不同于傳統平面型器件，所述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

本發明涉及三種新材料和太陽電池，尤其涉及了一種新型空穴提取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業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展最為成熟的品種，具有相對較高的光電轉化效率，但生產制造過程中高的能耗與污染帶來了高昂的生產成本，同時對周邊環境造成污染。

可溶液加工的太陽電池，能夠通過roll-to-roll技術實現清潔、高效、大規模批量生產，是太陽電池未來發展的方向之一。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業化前景。

在雜化鈣鈦礦太陽電池中，目前所使用的空穴提取層材料局限于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。這類無定形的空穴提取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定性帶來不利的影響；而PEDOT：PSS雖然不需要摻雜，但聚電解質具有很強的吸濕性，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，導致電池器件的穩定性下降。同時許多類似Spiro-OMeTAD結構的空穴提取層也逐漸發展卻很少會對新材料的構效關系進行深入研究。

發明內容

為了克服現有技術的不足和現有分子設計原理的不明，本發明提出合成了三種新型空穴提取層材料及它們構成的鈣鈦礦太陽電池，新型空穴提取層材料在結構上僅有側鏈末端基團的差別，在不需要p型摻雜情況下三者具有較高空穴遷移率，同時三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，并獲得了由三種新型空穴提取層材料改性而成的鈣鈦礦太陽電池。同時通過控制所述三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。

本發明采用的技術方案如下：

一、基于新型空穴提取層材料：

空穴提取層材料命名為PB2T-O，PB2T-S或PB2T-SO，具體化學結構式為：

二、三種基于新型空穴提取層材料的太陽電池，

包括基底、透明金屬電極層、空穴提取層、光敏層、電子傳輸層、金屬電極層；從基底自下而上依次為透明金屬電極層、空穴提取層、光敏層、電子傳輸層和金屬電極層；空穴提取層為有機空穴傳輸材料PB2T-O，PB2T-S或PB2T-SO。