[发明专利]醇溶性富勒烯衍生物在钙钛矿太阳能电池中的应用

说明书

本发明公开了一种醇溶性富勒烯衍生物在钙钛矿太阳能电池中的应用。电池的制备过程如下，在清洁的导电玻璃上制备空穴传输层；然后在空穴传输层上旋涂PbI₂的DMF溶液，再旋涂掺杂醇溶性富勒烯衍生物的甲基碘化铵（MAI）异丙醇溶液，然后退火处理得到钙钛矿层；然后在钙钛矿层上制备电子修饰层、电极，得到钙钛矿太阳能电池。本发明运用简单的掺杂的方法就可以使得富勒烯在钙钛矿薄膜中自上而下梯度分布，从而最大程度上提高电子迁移率，进而提高了器件的电流和填充因子。因此，可以获得高性能的钙钛矿太阳能电池，简化了器件制备的工艺；同时还能够得到比较好的器件性能。

技术领域

本发明属于光伏材料领域，具体涉及一种醇溶性富勒烯衍生物在钙钛矿太阳能电池中的应用，可以得到富勒烯梯度分布的钙钛矿太阳能电池。

背景技术

太阳能作为取之不尽、用之不竭的可再生的绿色能源，而如何有效的开发和利用太阳能成为了科学研究的热点。2009年，Miyasaka等人将有机金属三卤化物钙钛矿作为染料敏化电池中的液体电解质中的敏化剂，其转化效率是3.8%，这就是钙钛矿太阳能电池（Pero-SC）的诞生，它开辟了钙钛矿电池在光电领域中的应用。两年后，通过优化TiO₂薄膜层和沉积钙钛矿薄膜层的工艺，使得钙钛矿太阳能电池的转化效率达到了6.5%。2012年，有人将固态介孔结构的钙钛矿用作光的吸收剂，用2,2`,7,7`-tetrakis[N,N-di(4-methoxyphenyl)amino]-9,9`-spirobifluorene（spiro-OMeTAD）代替液体电解质作为空穴传输层，使得固态钙钛矿太阳能电池的转换效率达到10%，这个结果引起了光电领域的注意，掀起了对钙钛矿太阳能电池研究的热潮。

钙钛矿太阳能电池分为介孔型钙钛矿太阳能电池和平面型钙钛矿太阳能电池。介孔型钙钛矿太阳能电池通常由FTO电极、致密二氧化钛、介孔二氧化钛、钙钛矿层、空穴传输层、金属电极组成。其中，介孔二氧化钛需要经过高温烧结形成支架，工艺较复杂，增加制备器件的成本。而平面型钙钛矿太阳能电池则不需要介孔二氧化钛作为支架，可溶液加工，制备工艺比较简单，迅速引起了人们的广泛关注。平面型钙钛矿太阳能电池又分为p-i-n型钙钛矿太阳能电池和n-i-p型钙钛矿太阳能电池。将n-型电子传输层在钙钛矿层之前沉积，将p-型空穴传输层在钙钛矿层之后沉积，被定义为n-i-p型结构；反之则为p-i-n型结构。目前，n-i-p型钙钛矿太阳能电池的电子传输层仍然以致密二氧化钛为主，致密的二氧化钛表面有比较多的缺陷态，容易形成复合中心，并且TiO₂暴露在紫外光下会进一步诱导氧空位的形成，从而对钙钛矿活性层进行光催化降解，最终导致降低器件性能的大幅度下降。因此，以其为电子传输层所制备的电池不仅有比较大的迟滞效应，而且器件的稳定性也不是很好。与n-i-p型钙钛矿太阳能电池相比，p-i-n型钙钛矿太阳能电池不用缺陷态较多的二氧化钛，所以其迟滞效应比较小，受到了越来越多的关注。

传统的p-i-n型钙钛矿太阳能电池以PEDOT:PSS为空穴传输层，富勒烯衍生物为电子传输层。由于PEDOT:PSS本身能级的影响，导致p-i-n器件电压较低，效率较低；不仅如此，p-i-n器件的电子迁移率远远低于空穴迁移率，导致载流子发生复合，进而影响器件效率，目前其器件效率一般在10%左右，因此高效率的器件中很难找到其身影。为了解决这一难题，科学家们使用氧化镍等金属氧化物做空穴传输层代替PEDOT:PSS，但是由于金属氧化物的制备大多需要高温烧结，不适用于柔性器件的制备，也会增加器件制备成本。因此需要研发新的方案，在最大程度上提高电子迁移率，进而提高器件的电流和填充因子是十分重要的。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供具备醇溶性的富勒烯衍生物在钙钛矿太阳能电池中的应用，将其掺杂到钙钛矿层，采用先沉积PbI₂，再沉积醇溶性的富勒烯衍生物的MAI，两步法制备钙钛矿太阳能电池，首次获得一种富勒烯梯度分布的钙钛矿太阳能电池，从而提高p-i-n型钙钛矿太阳能电池的效率。