[发明专利]一种基于有机小分子空穴传输材料的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明涉及太阳能电池领域，具体提供了一种基于有机小分子空穴传输材料的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，采用溶液法制备TAPC薄膜作为空穴传输材料层，并对TAPC进行热处理，从而改善TAPC薄膜的导电性和空穴抽取能力。该制备工艺简单灵活，得到的电池具有高效率和高稳定性。

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，具体涉及一种基于有机小分子空穴传输材料的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

能源问题一直以来都和国家和世界发展紧密相连，与人民生活息息相关。世界日益增长的能源消费，以煤炭、石油、天燃气为主的化石燃料的供给不断减少推动了太阳能、风能、潮汐能等可再生能源的发展。在可再生能源中，太阳能是最有前景的能源之一。其中钙钛矿材料具有吸收强、双极性传输、电子/空穴迁移率高、载流子寿命长、能带可调控，原材料价格低，制备工艺简单、流程短等优点，2009年首次文献报道使用MAPbBr₃作为太阳能电池的敏化剂，2012年首次报道使用MAPbI₃作为太阳能电池的活性层，此后钙钛矿太阳能电池迅猛发展。短短几年内从最初2009年3.8％的光电转化效率上升至2016年单结钙钛矿电池最高效率22.1％。

高性能的空穴传输材料是制备高效钙钛矿太阳能电池的必备条件之一，基于常规空穴传输材料PEDOT:PSS的钙钛矿太阳能电池ITO/PEDOT:PSS/MAPbI₃/PC₆₁BM/Ag，因为PEDOT:PSS的亲水性和强酸性使得电池在空气中的稳定性较差，同时PEDOT:PSS的低功函和低导电性致使电池的开路电压(V_oc)光电转化效率(PCE)较低。

目前基于TAPC(1,1-双[4-[N,N-二(对甲苯基)氨基]苯基]环己烷)为空穴传输材料太阳能电池的结构有：

1，正置介孔结构钙钛矿太阳能电池，包括透明导电基底/致密空穴阻挡层/介孔二氧化钛层/钙钛矿(MAPbI₃)/空穴传输层(TAPC)/金属电极，此类钙钛矿太阳能电池结构十分复杂，致密空穴阻挡层和介孔二氧化钛层必须采用400℃以上的高温煅烧成膜，能耗大、危险性高，对制备条件要求高，限制了此类电池的产业化发展；此类电池的空穴传输材料无法进行热处理，制约了空穴传输材料通过热处理来改良电池光电转化性能的发展，并且此类电池光电转化效率较低(低于16.6％)。

2，正置钙钛矿太阳能电池，包括导电玻璃(FTO)/致密电子传输层(致密TiO₂)/钙钛矿(MAPbI₃)/空穴传输层(TAPC)/金属电极(Au)，此类电池需要对TAPC掺杂非离子型添加剂或是在TAPC表面增加一层非离子型添加剂修饰层(HAT-CN和/或F4-TCNQ)，一方面无论是掺杂还是添加修饰层增加了钙钛矿太阳能电池的制备工序，增大了加工难度；另一方面掺杂添加剂会使得钙钛矿电池的稳定性降低，增加修饰层则需要使用蒸镀的方式成膜，耗能大、材料浪费大；此外，此类钙钛矿电池光电转化效率极低(小于9％)。

发明内容

本发明充分利用钙钛矿材料的优异光电性能，提供一种基于有机小分子空穴传输材料的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，采用溶液法制备TAPC薄膜作为空穴传输材料层，并对TAPC进行热处理，从而改善了TAPC薄膜的导电性和空穴抽取能力。该制备工艺简单灵活，得到的电池具有高效率和高稳定性。

本发明提供的技术方案如下：

一种基于有机小分子空穴传输材料的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

步骤a，清洗透明导电玻璃基底ITO；

步骤b，配置TAPC溶液，并将得到的TAPC溶液旋涂于清洗过的ITO基底上，得到空穴传输层TAPC；

步骤c，将得到的空穴传输层TAPC置于80～120℃热台上进行热处理5-60min；