[發明專利]一種用于提高鈣鈦礦太陽能電池穩定性的空穴傳輸層及其制備方法

有效

• 申請號: 201910640111.1
• 申請日: 2019-07-16
• 公開（公告）號: CN110408009B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 李堅;賈正;任強;汪稱意
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;C08G61/02;H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 常州市英諾創信專利代理事務所(普通合伙) 32258
• 代理人: 謝新萍

本發明屬于太陽能電池技術領域，具體涉及一種用于提高鈣鈦礦太陽能電池穩定性的空穴傳輸層及其制備方法。本發明采用Suzuki偶合反應合成了含氟三苯胺共聚物。將制得的含氟三苯胺共聚物溶于氯苯中，得到含氟三苯胺共聚物溶液，然后將其作為空穴傳輸材料，旋涂在太陽能電池器件的活性層鈣鈦礦層上，得到空穴傳輸層，其厚度為1～500nm。相比于常用的空穴傳輸層材料，本發明的空穴傳輸層材料可明顯提高鈦礦太陽能電池的穩定性。

技術領域

本發明屬于太陽能電池技術領域，具體涉及一種用于提高鈣鈦礦太陽能電池穩定性的空穴傳輸層及其制備方法。

背景技術

自從2009年有機-無機雜化鈣鈦礦材料被首次用于光電領域以來，基于該種材料的鈣鈦礦太陽能電池已經引起了巨大的關注，因為鈣鈦礦太陽能電池成本低，能量轉換效率較高，完成了其他種類太陽能電池幾十年才能完成的飛躍。目前，鈣鈦礦太陽能電池經過近十年的發展，其光電轉換效率雖然取得了很大的進展，但是鈣鈦礦太陽能電池的穩定性，尤其是鈣鈦礦材料的濕氣穩定性較差，嚴重阻礙了其商業化的腳步。因此，研究能提高鈣鈦礦太陽能電池穩定性的材料具有重要意義。

為了提高鈣鈦礦太陽能電池的穩定性，Michael等人研究了混合陽離子鈣鈦礦體系，使用MA⁺、FA⁺和Cs⁺三種陽離子，通過一步旋涂法制備得到介孔結構的Cs_x(MA_0.17FA_0.83)_(100-x)Pb(I_0.83Br_0.17)₃鈣鈦礦太陽電池，獲得21.1％的高效率，并且在穩定性測試中發現電池在250小時后仍然維持在18％左右的光電轉換效率(Michael S,Taisuke M,Ji-Youn S.EnergyEnvironmental Science,6(2016):1989-1997.)。它是通過改變鈣鈦礦活性層中的陽離子的方法提高電池的穩定性。Kijung Yong等人使用聚四氟乙烯疏水材料對鈣鈦礦材料進行保護，所制器件表現出良好的對水穩定性，并且測試發現30天之后，器件仍有初始效率的90％，但是，聚四氟乙烯疏水材料在其中作為封裝材料(Passivation)而不是作為鈣鈦礦太陽能電池的一部分來提高其穩定性，并沒有從根本上解決穩定性問題。(Hwang I,Jeong I,Lee J.ACS Applied MaterialsInterfaces,31(2015):17330-17336.)。

發明內容

本發明所要解決的技術問題：提供一種用于提高鈣鈦礦太陽能電池穩定性的空穴傳輸層及其制備方法。

采用Suzuki偶合反應合成了含氟三苯胺共聚物，并將其應用在鈣鈦礦太陽能電池空穴傳輸層中。該含氟三苯胺共聚物空穴傳輸層可以有效提高鈣鈦礦太陽能電池穩定性。

本發明通過下面所述技術方案實現：

一種提高鈣鈦礦太陽能電池穩定性的空穴傳輸層采用的材料為含氟三苯胺共聚物，其結構特征如下：

式中R_a選自氫原子、C₁～C₄的飽和烷烴或者不飽和烴基、甲氧基、乙氧基、氟原子以及三氟甲基中的一種或幾種；R_b選自丙酸六氟丁酯基、丙酸十二氟庚酯基、丙酸十三氟辛酯基、甲基丙酸三氟乙酯基、甲基丙酸六氟丁酯基、甲基丙酸十二氟庚酯基以及甲基丙酸十三氟辛酯基；X值為0.01～0.99，分子量為1000～100000。

本發明提供的含氟三苯胺共聚物作為空穴傳輸層制備鈣鈦礦太陽能電池器件，制得的鈣鈦礦太陽能電池器件結構由下到上依次為陰極層、電子傳輸層、鈣鈦礦光活性層、空穴傳輸層和陽極層，其結構如下：