一种温度诱导空穴掺杂剂在低浓度下深度掺杂的方法

摘要

本发明公开了一种温度诱导空穴掺杂剂在低浓度下深度掺杂的方法，钙钛矿太阳能电池结构中空穴传输层制备过程为：将空穴传输层材料和TBAPF6共同溶于二氯甲烷得到空穴传输层材料溶液，空穴传输层材料溶液TBAPF6的质量浓度为1‑4 wt%，并用对应的旋涂参数在钙钛矿薄膜上制备空穴传输层；对所得的n‑i‑p型钙钛矿太阳能电池进行低温加热处理，然后自然冷却到室温。本发明采用TBAPF6作为空穴掺杂剂对空穴传输层材料进行掺杂，并对所制备的钙钛矿太阳能电池进行低温加热处理，可以有效提高基于低浓度TBAPF6掺杂的空穴传输层材料所制备太阳能电池的光伏性能和稳定性。

说明书

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池技术领域，具体涉及一种温度诱导空穴掺杂剂在低浓度下深度掺杂的方法。

背景技术

近年来，有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池因低成本、可溶液和柔性加工而被广泛研究，其器件效率一路飙升。2,2',7,7'-四[N, N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴（Spiro-OMeTAD）是现今钙钛矿太阳能电池中使用最多的一种空穴传输材料，n-i-p型钙钛矿太阳能电池需要使用传统空穴掺杂剂4-叔丁基吡啶（tBP）和双三氟甲烷磺酰亚胺锂（Li-TFSI）掺杂Spiro-OMeTAD，其中，Li-TFSI能够显著提升Spiro-OMeTAD薄膜层的电导率和空穴迁移率，但Li-TFSI的引入带来了下列问题：（1） Li-TFSI易潮解使得所制备的Spiro-OMeTAD薄膜存在较多孔洞，会加速钙钛矿分解，降低所制备器件的性能和稳定性；（2）Li-TFSI在氯苯、氯仿等有机溶剂中溶解度不高，因此其易在Spiro-OMeTAD薄膜中聚集，同时Spiro-OMeTAD也容易聚集和晶化不利于空穴传输进而影响相应太阳能电池的光电性能；（3）Li

目前，对空穴传输层材料进行深度掺杂的手段主要有增加空穴掺杂剂浓度、通过空气或者氧化性物质氧化以及使用多种空穴掺杂剂混合等手段，如何在降低掺杂浓度下获得深度掺杂效果是值得研究的方向，而现有技术尚未见温度诱导低浓度太阳能电池空穴掺杂剂深度掺杂的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种温度诱导空穴掺杂剂在低浓度下深度掺杂的方法，采用四丁基六氟磷酸铵（TBAPF

本发明通过以下技术方案来实现。一种温度诱导空穴掺杂剂在低浓度下深度掺杂的方法，制备从下到上依次为：FTO导电玻璃、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层、Au的n-i-p型钙钛矿太阳能电池结构；其中空穴传输层制作过程为：选用TBAPF

进一步优选，低温加热处理温度为50 ℃。

进一步优选，低温加热处理时间为60 s。

进一步优选，选用的空穴传输层材料为Spiro-OMeTAD。

进一步优选，每毫升Spiro-OMeTAD空穴传输层溶液中Spiro-OMeTAD的含量为72.3mg。

进一步优选，空穴传输层材料溶液中TBAPF

本发明的有益效果：采用电解质四丁基六氟磷酸铵（TBAPF

附图说明

图1为对比例1和实施例1所制备的钙钛矿太阳能电池的

图2为对比例2和实施例2所制备的钙钛矿太阳能电池的

图3为对比例3和实施例3所制备的钙钛矿太阳能电池的

图4为对比例4和实施例4所制备的钙钛矿太阳能电池的

图5为对比例5和参考例1所制备的钙钛矿太阳能电池的

图6为对比例6和参考例2所制备的钙钛矿太阳能电池的

图7为对比例7所制备的钙钛矿太阳能电池的

图8为对比例5和实施例4所制备的钙钛矿太阳能电池的

图9为对比例1-6、实施例1-4和参考例1-2所制备的钙钛矿太阳能电池的PCE统计图。

图10为玻璃/钙钛矿/（4 wt% TBAPF

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于如下的实施例。

本发明的一种温度诱导空穴掺杂剂在低浓度下深度掺杂的方法，n-i-p型钙钛矿太阳能电池结构从下到上依次为：FTO导电玻璃、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层、Au，具体步骤如下：

步骤1：将FTO导电玻璃依次采用洗涤剂、去离子水、丙酮和无水乙醇清洗表面，氮气吹干待用；

步骤2：将二（乙酰丙酮基）钛酸二异丙酯加入正丁醇中，搅拌，使其混合均匀，得到混合液A；

步骤3：在步骤1清洗后的FTO导电玻璃表面旋涂混合液A，在150 ℃下烘烤30 min，得到致密TiO

步骤4：将TiO

步骤5：在步骤3得到的带致密TiO

步骤6：配制1.1 M的FA

步骤7：配制空穴传输层材料溶液：选用TBAPF

步骤8：在步骤7得到的空穴传输层表面蒸镀60 nm的Au作为对电极；

步骤9：将上述太阳能电池器件在50 ℃下低温加热处理60 s，然后自然冷却到室温进行

实施例1

步骤1：将FTO导电玻璃依次采用洗涤剂、去离子水、丙酮和无水乙醇清洗表面，氮气吹干待用；

步骤2：将二（乙酰丙酮基）钛酸二异丙酯加入正丁醇中，搅拌，使其混合均匀，得到混合液A；

步骤3：在步骤1清洗后的FTO导电玻璃表面旋涂混合液A，在150 ℃下烘烤30 min，得到致密TiO

步骤4：将TiO

步骤5：在步骤3得到的带致密TiO

步骤6：配制1.1 M的FA

步骤7：配制72.3 mg/mL的Spiro-OMeTAD/二氯甲烷溶液，包含72.3 mg的Spiro-OMeTAD、1 wt%的TBAPF

步骤8：在步骤7得到的空穴传输层表面蒸镀60 nm的Au作为对电极；

步骤9：将上述太阳能电池器件在50 ℃下低温加热处理60 s，然后自然冷却到室温进行

实施例2

步骤1-6、步骤8以及步骤9同实施例1，不同之处在于步骤7中TBAPF

实施例3

步骤1-6、步骤8以及步骤9同实施例1，不同之处在于步骤7中TBAPF

实施例4

步骤1-6、步骤8以及步骤9同实施例1，不同之处在于步骤7中TBAPF

参考例1

步骤1-6、步骤8以及步骤9同实施例1，不同之处在于步骤7中TBAPF

参考例2

步骤1-6、步骤8以及步骤9同实施例1，不同之处在于步骤7中TBAPF

对比例1

步骤1：将FTO导电玻璃依次采用洗涤剂、去离子水、丙酮和无水乙醇清洗表面，氮气吹干待用；

步骤2：将二（乙酰丙酮基）钛酸二异丙酯加入正丁醇中，搅拌，使其混合均匀，得到混合液A；

步骤3：在步骤1清洗后的FTO导电玻璃表面旋涂混合液A，在150 ℃下烘烤30 min，得到致密TiO

步骤4：将TiO

步骤5：在步骤3得到的带致密TiO

步骤6：配制1.1 M的FA

步骤7：配制72.3 mg/mL的Spiro-OMeTAD/二氯甲烷溶液，包含72.3 mg的Spiro-OMeTAD、1 wt%的TBAPF

步骤8：在步骤7得到的空穴传输层表面蒸镀60 nm的Au作为对电极；

步骤9：不做任何处理，直接进行

对比例2

步骤1-6、步骤8以及步骤9同对比例1，不同之处在于步骤7中TBAPF

对比例3

步骤1-6、步骤8以及步骤9同对比例1，不同之处在于步骤7中TBAPF

对比例4

步骤1-6、步骤8以及步骤9同对比例1，不同之处在于步骤7中TBAPF

对比例5

步骤1-6、步骤8以及步骤9同对比例1，不同之处在于步骤7中TBAPF

对比例6

步骤1-6、步骤8以及步骤9同对比例1，不同之处在于步骤7中TBAPF

对比例7

与对比例1不同的是步骤7为：配制72.3 mg/mL的Spiro-OMeTAD/二氯甲烷溶液，包含72.3 mg的Spiro-OMeTAD和1 mL二氯甲烷，然后充分搅拌；将Spiro-OMeTAD溶液铺展于钙钛矿表面，然后以3000转/min的转速旋涂30 s，旋涂结束后，自然晾干即可在钙钛矿基底上得到Spiro-OMeTAD空穴传输层薄膜。

对各实施例和对比例所得的钙钛矿太阳能电池进行测试与性能分析：

图1为对比例1和实施例1所制备的钙钛矿太阳能电池的

图8为对比例5和实施例4所制备的钙钛矿太阳能电池的

图9为对比例1-6、实施例1-4和参考例1-2所制备的钙钛矿太阳能电池的PCE统计图；表1为对比例1-7、实施例1-4和参考例1-2所制备的钙钛矿太阳能电池的光伏性能。

表1. 钙钛矿太阳能电池的光伏性能

在对比例1-6中，基于6 wt%的TBAPF

观察配置的空穴传输层材料溶液，由于TBAPF

图10为玻璃/钙钛矿/（4 wt% TBAPF

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。