[发明专利]优化碳电极界面传导的碳纳米管复合spiro-OMeTAD空穴传输层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种优化碳电极界面传导的碳纳米管复合spiro‑OMeTAD空穴传输层及其制备方法，本发明采用多壁碳纳米管代替传统用于增加spiro‑OMeTAD导电性的掺杂剂tBP和Li‑TFSI,将多壁碳纳米管均匀分散到无掺杂的spiro‑OMeTAD原溶液中，通过一步旋涂法在钙钛矿表面形成碳纳米管‑spiro‑OMeTAD复合空穴传输层。该方法既调整了太阳能电池的能带结构，并且增强了spiro‑OMeTAD空穴传输层导电性，改善了Li‑TFSI等小分子掺杂导致的spiro‑OMeTAD层吸湿性大的缺点，再者扦插式分布的碳纳米管有助于碳电极与钙钛矿层的接触，使含有此结构的碳电极太阳能电池效率和稳定性得到显著提升。本发明易于操作、原料易得，得到的碳电极太阳能电池效率高、抗湿性强，有利于促进低成本碳电极钙钛矿太阳能电池在实际应用领域的发展进程。

技术领域

本发明属于碳电极钙钛矿太阳能电池生产工艺技术领域，具体涉及一种优化碳电极界面传导的碳纳米管复合spiro-OMeTAD空穴传输层的制备方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池因其效率高、成本低等优点受到人们的广泛关注，近年来发展迅速，效率已超过25％，被认定为极具发展前景的下一代光电转换器件。钙钛矿太阳能电池结构大多需采用金属做电极，这样不仅增加了生产成本，而且金属原子的迁移作用给钙钛矿太阳能电池的稳定性带来威胁，价格低廉的碳材料由于其优良的导电性可以代替金属材料，碳材料不仅可以作为电极并且其本身可以直接充当一种空穴传输层。但目前碳材料作为电极和空穴传输层存在的问题是碳材料的功函数不能够有效分离电子空穴，此外用作碳电极与钙钛矿层不能有效接触，会造成电荷传输损失。

在最近的研究中，spiro-OMeTAD通常被用于有效分离电子空穴，但spiro-OMeTAD本身是一种绝缘材料，导电性较差，需要通过掺杂tBP和Li-TFSI增强导电性，而这两种小分子材料具有亲水性，会对钙钛矿潮湿稳定性产生不良影响。

本发明利用spiro-OMeTAD优化能带结构，通过在spiro-OMeTAD中引入CNTs增加空穴传输层的导电性，并且碳纳米管存在的形态为一部分浸没于spiro-OMeTAD层内部，一部分存在于该层表面，后续碳浆覆盖的过程中，这部分碳纳米管与碳浆接触，增强了碳电极与钙钛矿层的界面接触，有利于空穴有效传输。本发明通过CNTs与spiro-OMeTAD复合的方法，成功提升了碳电极钙钛矿太阳能电池的转换效率。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种优化碳电极界面传导的碳纳米管复合spiro-OMeTAD空穴传输层及其制备方法，所的空穴传输层是一种具有导电性强、成本低、效率高、界面接触性好、潮湿稳定性强的CNTs-spiro-OMeTAD复合空穴传输层。

本发明所述的优化碳电极界面传导的碳纳米管复合spiro-OMeTAD空穴传输层的制备方法，包括碳纳米管CNTs分散性改善，CNTs-CB分散液的制备，CNTs-spiro-OMeTAD混合溶液的制备，旋涂法制备CNTs-spiro-OMeTAD混合空穴传输层，具体包括如下步骤：

1)将乙酸乙烯共聚物EVA加入氯苯CB中,常温搅拌至完全溶解；

2)在上述溶液中加入CNTs，用超声破碎机破碎60-120min，用离心机8000-10000r/min离心10-15min；

3)取上述离心得到的上层黑色溶液加入甲苯，60℃油浴30-60min，降温后用离心机10000-12000r/min离心10-15min；

4)将得到的黑色沉淀加入CB中，用超声破碎机破碎15-30min得到均匀稳定的的CNTs-CB分散液；

5)将所得分散液用CB稀释后在所得液中加入spiro-OMeTAD粉末，常温搅拌形成透明均匀的混合溶液；