[发明专利]一种空穴传输材料及其制备方法、钙钛矿太阳能电池

说明书

本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种空穴传输材料及其制备方法、钙钛矿太阳能电池。本发明所述空穴传输材料在酞菁环上引入6个甲基，一个长链烷烃，可以诱导酞菁分子成膜后在钙钛矿层上形成平躺的面面堆积分子构型，提高酞菁分子薄膜在太阳能器件中的空穴迁移率，增加酞菁材料有机溶解性，实现器件全液相工艺制备，而且所述空穴传输材料具有优良的疏水性能，可以更好的保护钙钛矿吸光层，避免受水氧影响而产生分解，从而提高钙钛矿太阳能电池器件的寿命；将所述空穴传输材料用于n‑i‑p钙钛矿太阳能电池器件，器件的光电转换效率可达17.27％，且器件运行1300h还可以维持初始光电转换效率的90％以上，器件的稳定性高。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种空穴传输材料及其制备方法、钙钛矿太阳能电池。

背景技术

2009年，Miyasaka研究组首次利用CH₃NH₃PbI₃钙钛矿材料制备了敏化结构太阳能电池，并获得了3.8％的光电转化效率(A.Kojima,K.Teshima,Y.Shirai,T.Miyasaka.Journal of the American Chemical Society.2009,131,6050)。到目前为止，钙钛矿太阳能电池的最高光电转化效率已达到23.7％。与传统的太阳能电池相比，钙钛矿太阳能电池具有制备工艺简单、低能耗、低成本等优点，有望取代传统的太阳能电池。

空穴传输材料作为钙钛矿太阳能电池器件中空穴载流子的传输通道，通过材料设计，提高空穴传输材料的半导体性能，不但可以降低载流子复合率、提高光电转换效率，而且可以隔绝钙钛矿活性材料与水氧接触，提高器件稳定性。但是现有多数报道的空穴传输材料普遍存在合成复杂、价格高昂以及稳定性差的缺点。

金属酞菁配合物合成提纯简单、价格低廉，同时具有良好的光、热、化学稳定性和优良的光电性能。当前，大环π-共轭金属酞菁配合物在钙钛矿太阳能电池空穴传输的研究还处于起步阶段。自从希腊帕特拉斯大学Lianos教授课题组在2015年首次报道将铜酞菁蒸镀于钙钛矿获得5％的器件效率以来(C.V.Kumar,G.Sfyri,D.Raptis,E.Stathatos,P.Lianos.RSC Advanced.2015,5,3786.)，国内外科研工作者设计合成了一系列酞菁基空穴传输材料，得到的器件具有较高的效率：大连理工大学孙立成教授团队设计合成镍酞菁分子NiPc-(OBu)₈，在掺杂条件下与氧化钒构建空穴传输层，实现器件光电转换效率达17.9％及30天以上的高稳定性(M.Cheng,Y.Y.Li,M.Safadari,C.Chen,P.Liu,L.Kloo,L.C.Sun.Advanced Energy Materials.2017,7,1602556.)，其课题组开发的铜酞菁衍生物CuPc-DMP在掺杂TBP与LiTFSI条件下也实现器件效率高达17.1％(X.Q.Jiang,Z.Yu,J.B.Lai,Y.C.Zhang,N.Lei,D.P.Wang,L.C.Sun.Science China Chemistry.2017,60,423.)；瑞士EPFL的Nazeeruddin教授团队报道的锌酞菁衍生物HT-ZnPc在掺杂条件下实现钙钛矿太阳能电池效率达到17％及填充因子达到80％(K.T.Cho,O.Trukhina,C.R.Carmona,M.Ince,P.Gratia,G.Grancini,P.Gao,T.Marszalek,W.Pisula,P.Y.Reddy,T.Torres,M.K.Nazeeruddin.Advanced Energy Materials.2017,7,1601733.)；韩国化学工程研究所Seo研究团队采用异丁基铜酞菁CuPc(tBu)₄为空穴传输层，在掺杂条件下实现钙钛矿器件光电转换效率达到18.8％(Y.C.Kim,T.Y.Yang,N.J.Jeon,J.Im,S.Jang,T.J.Shin,H.W.Shin,S.Kim,E.Lee,S.Kim,J.H.Noh,S.I.Seok,J.Seo.EnergyEnvironmental Science.2017,10,2109.)。