[发明专利]一种以钙钛矿型复合材料作为空穴传输层的钙钛矿太阳电池及制备方法

摘要

本发明钙钛矿太阳电池由透明导电玻璃、致密层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层、金属背电极组成，其特征在于空穴传输层化学组成为P_xA_1‑xMX₃，其中，A代表可生成一价有机阳离子的甲胺、甲脒、胍或其混合物；M代表Pb、Ce、Fe、Co、Cu离子或其混合物，为聚吡咯原位制备时形成的副产物；X代表F、Cl、Br、I；P代表聚吡咯，由吡咯在极性有机溶剂中为高价态金属盐氧化生成，x=0.3‑0.5。本发明钙钛矿太阳电池中钙钛矿光吸收层化学组成为APbX₃，厚度为100‑500 nm。本发明钙钛矿太阳电池的空穴传输层涂布在钙钛矿光吸收层上，厚度为50‑150nm，能够促进空穴的分离和传输，提高钙钛矿太阳电池光电转换性能。

主权项

1.一种以钙钛矿型复合材料作为空穴传输层的钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于空穴传输层制备方法包括以下步骤：（1）在玻璃反应器中分别加入极性有机溶剂、乙酸和吡咯形成吡咯酸性溶液，将其冷却到‑5‑5℃，在搅拌下向其中缓慢加入高价态金属盐溶液，在0‑5℃下进行氧化反应8‑16h，控制投料摩尔比为：吡咯：高价态金属盐：乙酸 ：极性有机溶剂= 1 : 2‑4：10‑20：50‑100，使溶液中的吡咯氧化聚合生成聚吡咯，使高价态金属盐还原为低价态金属乙酸盐；所述极性有机溶剂是二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙腈、四氢呋喃或其混合物；所述高价态金属盐是四乙酸铅、硝酸高铈、乙酸高铁、乙酸高钴、乙酸铜或其混合物；（2）向以上聚吡咯溶液中加入氢卤酸继续搅拌反应1‑2h，使过量的高价态金属盐还原，同时形成氢卤酸掺杂的聚吡咯导电高分子和低价态金属卤化物溶液，控制投料摩尔比为：金属盐：氢卤酸= 1 : 2.5‑3.5，所述氢卤酸是氢氟酸、盐酸、氢溴酸、氢碘酸或其混合物；（3）向以上低价态金属卤化物溶液中加入有机胺的溶液，控制投料摩尔比为：金属卤化物：有机胺= 1 : 0.5‑1，在10‑30℃下反应8‑12h，使有机胺盐和聚吡咯与低价态金属卤化物竞争配位，形成空穴传输层镀膜液，所述有机胺是甲胺、甲脒、胍或其混合物；（4）在100mm×100mm的 FTO导电玻璃衬底上涂布厚度为20‑50nm的纳米TiO2致密层，然后涂布粒径为40‑60nm，厚度为100‑600nm的TiO2薄膜，最后在450‑550℃下烧结形成光吸收层骨架；将钙钛矿光吸收材料的溶液滴在光吸收层骨架上，用线棒涂布器涂布均匀，溶剂挥发后形成厚度为100‑500 nm的钙钛矿光吸收层，所述钙钛矿光吸收材料的化学组成为APbX3，其中，A代表可生成一价有机阳离子的甲胺、甲脒、胍或其混合物；X代表F、Cl、Br、I；（5）将以上制备的空穴传输层镀膜液滴在钙钛矿光吸收层上，用线棒涂布器涂布均匀，使形成的空穴传输层厚度达到50‑150nm，在极性有机溶剂气氛中放置1‑2h, 使空穴传输材料溶液扩散渗透到钙钛矿光吸收层中，溶剂挥发晾干后用无水乙醇清洗空穴传输层表面吸附的未配位的有机胺盐，最后用110‑150℃热风干燥15分钟，形成表面均匀的钙钛矿型空穴传输层，其化学组成为PxA1‑xMX3， x=0.3‑0.5，表面方块电阻为100‑500Ω；（6）在将以上制备的空穴传输层及衬底导电玻璃裁剪成100mm×10mm的矩形，涂布导电银胶薄膜，在150‑200℃下干燥固化，表面方块电阻为0.5‑2Ω，用其组装的钙钛矿太阳电池光电转换效率为14%‑15%。