[发明专利]含富勒烯衍生物的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种含富勒烯衍生物的钙钛矿太阳能电池，所述含富勒烯衍生物的钙钛矿太阳能电池包括透明导电衬底、电子传导层、钙钛矿层、空穴传导层和金属电极，所述钙钛矿层包括含有聚乙二醇侧链的富勒烯衍生物，所述含有聚乙二醇侧链的富勒烯衍生物是由PCBM与聚乙二醇反应得到。本发明还涉及所述含富勒烯衍生物的钙钛矿太阳能电池的制备方法。本发明所述的含富勒烯衍生物的钙钛矿太阳能电池具有钙钛矿层形貌可调控、效率高、制备简单的优点。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种含富勒烯衍生物的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

近年来，钙钛矿太阳能电池由于具有较高的光电转换效率而倍受关注。钙钛矿层的形貌与光电特性在某种程度上决定着电池的光电转换效率，故尤为重要。

富勒烯C₆₀是继金刚石、石墨之后单质碳的第三种同素异形体，是由碳原子形成的一系列笼形单质分子的总称。由于具有独特的结构和诸多优异的物理化学特性，富勒烯以及富勒烯的各种衍生物有着非常广阔的应用前景。通过对富勒烯结构进行修饰，引入不同的官能团，可以调控富勒烯衍生物的溶解性、能级、光吸收、表面能等，以拓展其在不同领域中的应用。

当前，还未见到采用含有聚乙二醇侧链的富勒烯衍生物来调控钙钛矿层的微结构、促进电荷传导，以制备高效率的钙钛矿太阳能电池的相关报道。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种含富勒烯衍生物的钙钛矿太阳能电池，其具有钙钛矿层形貌可调控、效率高、制备简单的优点。

本发明采取的技术方案如下：

一种含富勒烯衍生物的钙钛矿太阳能电池，包括透明导电衬底、电子传导层、钙钛矿层、空穴传导层和金属电极，所述钙钛矿层包括含有聚乙二醇侧链的富勒烯衍生物，所述含有聚乙二醇侧链的富勒烯衍生物是由PCBM与聚乙二醇反应得到。

本发明在钙钛矿层中添加的含有聚乙二醇侧链的富勒烯衍生物，简称PCBPEG，其化学式及合成反应式如图1所示。反应原料PCBM是一种富勒烯衍生物，有PC₆₁BM（6,6-苯基-C₆₁-丁酸甲酯）和PC₇₁BM（6,6-苯基-C₇₁-丁酸甲酯）两种，采用PC₆₁BM或PC₇₁BM与聚乙二醇（PEG）反应生成的富勒烯衍生物含有聚乙二醇侧链。

本发明采用PCBPEG来调控钙钛矿层的微结构与光电性能，促进载流子的传导与收集，以提高制备电池的效率。与现有技术相比，本发明的含富勒烯衍生物的钙钛矿太阳能电池具有如下有益效果：

1、添加富勒烯衍生物PCBPEG修饰钙钛矿层，PEG侧链及富勒烯基团可促进载流子传导，提高电池光电转换效率，经实验证明，修饰后电池的效率明显高于未修饰的电池；

2、富勒烯衍生物PCBPEG合成简单，只需一步反应就可以实现；

3、直接在钙钛矿前驱液中添加富勒烯衍生物PCBPEG即可实现对钙钛矿层微观形貌的调控，无需额外的设备与复杂的工艺，简单易操作；

4、提供了一种新的富勒烯衍生物PCBPEG在钙钛矿太阳能电池中的应用，拓宽了富勒烯衍生物的应用前景。

进一步地，所述含有聚乙二醇侧链的富勒烯衍生物是由摩尔比为1:1的PCBM与聚乙二醇在异丙醇钛催化下反应得到。

进一步地，所述含有聚乙二醇侧链的富勒烯衍生物按如下步骤制备：将PCBM与聚乙二醇以相同的摩尔浓度溶解于氯苯中，再加入异丙醇钛作为催化剂，在140℃下反应12小时后，加入水萃取产物，离心，再将所得水相真空干燥，得到所述含有聚乙二醇侧链的富勒烯衍生物的粉末。

进一步地，所述聚乙二醇的分子量为4000~20000。