[发明专利]一种PEDOT：PSS修饰的碳电极、其制备方法及利用其制得的钙钛矿电池

说明书

本发明公开一种PEDOT：PSS修饰的碳电极、其制备方法及利用其制得的钙钛矿电池，属于钙钛矿太阳能电池技术领域。该太阳能电池器件依次由透明导电衬底、电子传输层、钙钛矿吸光层、碳电极组成，本发明用PEDOT：PSS的乙醇溶液对碳电极层表面进行修饰处理，使得碳表面覆盖一层PEDOT：PSS，能够有效提取钙钛矿活性层的光生空穴，增强载流子分离，提高电池效率。本发明中碳电极的制备用无水乙醇替换商业导电碳浆中的有机溶剂，促使碳膜从基板脱落，并且此过程中在碳表面吸附了钝化层材料PEDOT：PSS，利用PEDOT：PSS优良的空穴提取能力，提高了电池的效率，增强了电池长期稳定性。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电技术领域，具体涉及一种PEDOT：PSS修饰的碳电极、其制备方法及利用其制得的钙钛矿电池。

背景技术

随着化石能源的不断消耗，人类世界面临着能源危机和环境污染两大问题，面对这些问题，世界各国的科学家们都在寻找一种新的清洁可再生能源来代替化石能源。清洁可再生能源有风能、地热能、潮汐能、生物质能和太阳能等。前三种受地域影响较大，有局限性，生物质能利用率较低，技术不成熟且成本较高，而太阳能不受地域限制，容易利用并且成本低。太阳能的利用方式主要是光电转换，太阳能电池就是一种把光能转化成电能的一种装置，具有环保、资源丰富、清洁可再生、成本低和与电能之间转换局限性小等诸多优点，在实际应用上有非常好的前景，因此广泛引起了人们的关注。钙钛矿太阳能电池近些年来由于其较高的转换效率成为社会的研究热点，最高的转换效率已经达到了25.5%。传统的钙钛矿太阳能电池含有空穴传输层和金属电极，这些电极材料存在着很多的问题，如成本高，稳定性差。常用的空穴传输层材料有Spiro-MeOTAD、P3HT和PTAA等，这些空穴传输层材料价格昂贵，而且使电池稳定性差。贵金属电极，如Au价格昂贵且不适用于工业化生产，Ag亦属于贵金属且容易氧化。碳材料有着储量丰富、成本低、功函数匹配和稳定性好等优点，是上述贵金属的理想替代品。所购买的商业导电碳浆中的溶剂为DBE，钙钛矿层很容易被这种导电碳浆的原溶剂破坏，使电池的稳定性和效率都不好。并且碳材料本身空穴提取能力较差，。用绿色溶剂替换法制备的PEDOT：PSS修饰的碳电极机械稳定性好，空穴提取能力强，通过热压工艺与钙钛矿层接触更加紧密，电池效率和稳定性得到明显提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种PEDOT：PSS修饰的碳电极、其制备方法及利用其制得的钙钛矿电池。通过一种简单的方法将商业化的碳浆制备成PEDOT：PSS修饰的碳电极用作钙钛矿太阳能电池的对电极，PEDOT：PSS的钝化作用不仅能够提高空穴提取能力，热压处理还能够使对电极和钙钛矿层有更好的接触。

基于上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种PEDOT：PSS修饰的碳电极的制备方法，过程如下：

1）将商业导电碳浆料刮涂在普通玻璃上，以形成湿碳膜；

2）将形成的湿碳膜浸泡在溶有PEDOT：PSS的无水乙醇中，浸泡时间为1~60 min，PEDOT：PSS（1.3 wt % dispersion in H₂O，Sigma-Aldrich）与无水乙醇的体积比为1:1~20，

3）碳膜从玻璃上脱落后，烘干即得PEDOT：PSS修饰的碳电极。

具体地，刮涂碳膜时将3M胶带粘在普通玻璃上以控制湿碳膜的厚度，PEDOT：PSS与无水乙醇的体积比为1:15，碳膜在乙醇中的浸泡时间为1~30分钟，烘干温度为70℃，烘干时间10分钟。

具体地，所述商业导电碳浆料中的原溶剂为DBE，由博润新材料科技有限公司生产。

上述制备方法制得的PEDOT：PSS修饰的碳电极。

利用前述PEDOT：PSS修饰的碳电极制得的钙钛矿太阳能电池，所述的钙钛矿太阳能电池依次由透明导电衬底、电子传输层、钙钛矿吸光层和碳电极组成。