[发明专利]空穴传输材料及包含该材料的钙钛矿太阳能电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钙钛矿太阳能电池技术领域，具体指一种钙钛矿太阳能的空穴传输材料，本发明还涉及包含上述空穴传输材料的钙钛矿太阳能电池的制备方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池由于其成本低、性能好、制备简单等优点而受到科研以及产业界的高度重视。钙钛矿材料从2009年开始用于太阳能电池，到目前效率已经达到将近20％，是初始时电池效率的5倍，把染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池等新型薄膜太阳电池远远甩在了身后，钙钛矿太阳能电池是近三年来发展非常迅速的低成本薄膜太阳能电池。

钙钛矿太阳能电池结构核心是具有钙钛矿晶型ABX₃的有机金属卤化物吸光材料。在这种钙钛矿ABX₃结构中，A为甲胺基(CH₃NH₃)，B为金属铅原子，X为氯、溴、碘等卤素原子。目前在高效钙钛矿型太阳能电池中，最常见的钙钛矿材料是碘化铅甲胺CH₃NH₃PbI₃，它的带隙约为1.5eV，消光系数高，几百纳米厚的薄膜就可以充分吸收800nm以下的太阳光。而且，这种材料制备简单，将含有PbI₂和CH₃NH₃I的溶液在常温下通过旋涂即可获得均匀的薄膜。钙钛矿型结构CH₃NH₃PbI₃不仅可以实现对可见光和部分近红外光的吸收，而且所产生的光生载流子不易复合，能量损失小，这是钙钛矿型太阳能电池能够实现高效率的根本原因。

目前，钙钛矿太阳能电池有多种结构，例如：含多孔二氧化钛的介观电池、无多孔二氧化钛的平面电池、含多孔绝缘氧化物(三氧化二铝，氧化锆)的超结构介观电池等。钙钛矿太阳能电池中采用的空穴传输材料也有很多，如spiro-MeOTAD(2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴)、P₃TH、CuI、CuSCN等，其中，应用范围及效率最高的spiro-MeOTAD，spiro-MeOTAD具有很好的空穴传输性能，性质较稳定，但是，未加入添加剂的spiro-MeOTAD空穴迁移率和导电率都很低，尤其是没有被氧化的条件下，spiro-MeOTAD空穴迁移率和导电率更低。

现有技术中所报道的spiro-MeOTAD氧化剂主要有FK209钴基(III)双三氟甲烷磺酰亚胺盐(钴盐)、CuPC(铜菁化合物)等。其中，钴盐是目前较为广泛用于钙钛矿太阳能电池空穴传输层的P型掺杂剂，可有效提高电池的开路电压、短路电流和填充因子，从而提高电池的光电转换效率。但是，它是有机-无机化合物，生产工艺复杂，价格较高，且以乙腈作为溶剂，乙腈易破坏钙钛矿晶体结构，影响钙钛矿太阳能电池的合格率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能有效提高电池效率的空穴传输材料。

本发明所要解决的另一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种包含上述空穴传输材料的钙钛矿太阳能电池的制备方法，该方法步骤简单、制备成本低，所制备的太阳能电池效率高。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种空穴传输材料，其特征在于：包括spiro-MeOTAD、无机氧化剂、四叔丁基吡啶、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、氯苯或氯苯与二丙基硫醚的混合液；所述spiro-MeOTAD、含有亚铜离子的无机氧化剂、四叔丁基吡啶、双三氟甲烷磺酰亚胺锂的摩尔比为1:(0.1～4):(0.7～0.9):(0.2～0.4)，所述空穴传输材料中spiro-MeOTAD的浓度为0.5～1.5moL/L。

在上述方案中，所述含有亚铜离子的无机氧化剂为CuI、CuCl、CuBr、Cu₂SO₄、CuCN中的任意一种，优选为CuI。上述无机氧化剂廉价易得，Cu离子对spiro-MeOTAD具有较好的氧化性，从而提高spiro-MeOTAD的空穴传输性能。

作为优选，所述氯苯与二丙基硫醚的混合液中氯苯与二丙基硫醚的体积比为1:(0.01～0.1)。上述二丙基硫醚的添加有利于使无机氧化剂更好的分散溶解，且二丙基硫醚的添加量控制在一定范围内，可避免溶剂添加对空穴传输材料造成影响。