一種磷酸根分子修飾的鈣鈦礦光伏器件及其制備方法和用途技術

一種磷酸根分子修飾的鈣鈦礦光伏器件及其制備方法和用途。本發明專利技術借助磷酸有機分子，在鈣鈦礦光伏器件界面層中引入一個含磷酸根分子的界面修飾層，對鈣鈦礦光伏器件中鈣鈦礦光活性層進行修飾，以鈍化鈣鈦礦活性層的表面缺陷以及提高器件界面處的電子和空穴的傳輸效率，實現高光電轉化效率、高穩定性的鈣鈦礦光伏器件。本發明專利技術鈍化鈣鈦礦光伏器件中的界面缺陷。本發明專利技術制得的含磷酸根分子修飾鈣鈦礦光伏器件環境友好，能耗低。

A perovskite photovoltaic device modified by phosphate and its preparation and Application

【技術實現步驟摘要】
一種磷酸根分子修飾的鈣鈦礦光伏器件及其制備方法和用途
本專利技術屬于光伏器件材料領域，涉及一種磷酸根分子修飾的鈣鈦礦光伏器件及其制備方法和用途。
技術介紹
現代社會對能源的需求日益增加，而傳統的化石能源儲量有限，終有被消耗竭盡的一天，此外其化學燃燒釋放能量的過程給環境造成了極大的污染，影響地球的生態環境以及人類的身心健康，為了人類的長遠發展，尋求新的潔凈能源變得越來越迫切。太陽作為地球的供能源泉，對于我們的生命長度來說，太陽能可以說是取之不盡，用之不竭。因而對太陽能的吸收利用的研究對于我們人類的生活以及長遠發展有著極其重要的意義。無機硅太陽能電池是目前市場上商用最廣泛的太陽能電池，早在上世紀50年代，基于晶體硅的光壓器件應用于太陽能電池就已經有報道。然而其生產成本高、工藝復雜，這些問題限制了它更廣泛的用途。在此之后，基于薄膜多晶和無定型半導體、半導體納米粒子、有機和金屬染料配合物、有機半導體等太陽光吸收材料的光伏器件相繼被提出和發展。然而，這些光伏材料的效率仍很難與硅基太陽能電池(25.6％)相抗衡。在過去幾年里，有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池迅速興起。這些材料由有機鹵化物(如：CH3NH3I)和金屬鹵化物(如：PbI2)復合而成，有類似于鈣鈦礦的ABX3結構，其中A為有機陽離子，B為金屬陽離子，X指鹵素離子。自從2012年被報道以來，這些基于鈣鈦礦結構的有機無機雜化太陽能電池的效率在短短四年內由3％飛速提升至20％，在短時間內超過有機太陽能電池和染料敏化太陽能電池的效率，并有望達到單晶硅太陽能的水平(Lee,M.M.etal.Science,2012,338:643–647.)。由于鈣鈦礦太陽能電池驚人的效率提升以及飛快的發展速度，越來越多的科研工作者投身于鈣鈦礦太陽能電池的研發，越來越多的器件結構以及制作工藝相繼被提出。然而，要將鈣鈦礦太陽能電池大規模投入應用，仍有許多問題亟待解決。其中，鈣鈦礦光伏器件中鈣鈦礦活性層的表面缺陷以及鈣鈦礦器件中電子和空穴的傳輸依然是制約其光電轉化效率以及器件穩定性的關鍵因素。
技術實現思路
為了改善現有技術的不足，本專利技術的目的是提供一種磷酸根分子修飾的鈣鈦礦光伏器件及其制備方法和用途。本專利技術借助磷酸有機分子，在鈣鈦礦光伏器件界面層中引入一個磷酸根分子的界面修飾層，對鈣鈦礦光伏器件中鈣鈦礦光活性層進行修飾，以鈍化鈣鈦礦活性層的表面缺陷以及提高器件界面處的電子和空穴的傳輸效率，實現高光電轉化效率、高穩定性的鈣鈦礦光伏器件。本專利技術鈍化鈣鈦礦光伏器件中的界面缺陷，制得的磷酸根分子修飾鈣鈦礦光伏器件環境友好，能耗低。本專利技術目的是通過如下技術方案實現的：一種磷酸根分子修飾的鈣鈦礦光伏器件，所述磷酸根分子修飾的鈣鈦礦光伏器件包括依次相連的基底電極、窗口界面層、磷酸根分子界面修飾層、鈣鈦礦活性層、背電極界面層和背電極；所述磷酸根分子界面修飾層是由含磷酸根分子界面材料的前驅體制備得到的。根據本專利技術，所述基底電極選自氧化銦錫(ITO)導電玻璃、ITO有機分子聚合物、碳薄膜材料(例如石墨、碳漿、石墨烯或石墨炔)和金屬薄膜材料(所述金屬例如為Au、Ag、Al或Cu)等中的至少一種，優選為氧化銦錫導電玻璃。根據本專利技術，所述基底電極的厚度為50-1000nm。根據本專利技術，所述窗口界面層是由窗口界面材料的前驅體制備得到的，所述窗口界面材料選自PEDOT:PSS(聚乙撐二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸鹽))、P3CT-Li(聚[3-(4-羧基丁基)噻吩-2,5-二基]鋰鹽)、P3CTS(聚[3-(4-羧基丁基)噻吩-2,5-二基]鈉鹽)、P3CT-K(聚[3-(4-羧基丁基)噻吩-2,5-二基]鉀鹽)、P3CT-CH3NH3(聚[3-(4-羧基丁基)噻吩-2,5-二基]銨鹽)、平面TiO2、平面TiO2加介孔TiO2、SnO2、C膜和ZnO等中的至少一種，優選為P3CTS。所述窗口界面材料的前驅體可以為窗口界面材料的溶液、膠體、懸濁液、粉末或固塊等中的至少一種形式，優選為溶液。根據本專利技術，所述窗口界面層的厚度為5-500nm，優選為10-150nm，例如為20nm。根據本專利技術，所述含磷酸根分子界面材料選自含有磷酸根的分子，例如十二水植酸鈉(PAS)、D-葡萄糖6-磷酸二鈉鹽水合物(DG6P)或磷酸等中的至少一種，優選為十二水植酸鈉(PAS)。所述含磷酸根分子界面材料的前驅體可以為含磷酸根分子界面材料的溶液、膠體、懸濁液、粉末或固塊等中的至少一種形式，優選為溶液。根據本專利技術，所述含磷酸根分子界面修飾層的厚度為1-20nm，優選為5-15nm，例如為10nm。根據本專利技術，所述鈣鈦礦活性層是由鈣鈦礦活性材料的前驅體制備得到的，所述鈣鈦礦活性材料選自甲胺鉛碘(CH3NH3PbI3亦稱MAPbI3)、CH2NHNH2PbI3(CH3NH3PbI3亦稱MAPbI3)、甲胺甲脒鉛碘、銫鉛碘、銫鉛溴、甲脒甲胺鉛碘秀和甲脒甲胺銫鉛碘溴等有機無機雜化鈣鈦礦或純無機鈣鈦礦中的至少一種，優選為CH3NH3PbI3。所述鈣鈦礦活性材料的前驅體可以為鈣鈦礦活性材料的溶液、膠體、懸濁液、粉末或固塊等中的至少一種形式，優選為溶液。根據本專利技術，所述鈣鈦礦活性層的厚度為50-1000nm，優選為200-600nm，例如為400nm。根據本專利技術，所述背電極界面層是由背電極界面材料的前驅體制備得到的，所述背電極界面材料選自PCBM、ITIC、ITCC、PCDBT、C60和BCP等中的至少一種，優選為PCBM、C60和BCP中的至少一種。所述背電極界面材料的前驅體可以為背電極界面材料的溶液、膠體、懸濁液、粉末或固塊等中的至少一種形式，優選為溶液和/或粉末。根據本專利技術，所述背電極界面層的厚度為10-300nm，例如為20-120nm，例如為50nm。根據本專利技術，所述背電極選自Au、Ag、Cu、Al或碳黑等中的至少一種，優選為Ag。根據本專利技術，所述背電極的厚度為10-200nm，優選為100nm。本專利技術還提供上述磷酸根分子修飾的鈣鈦礦光伏器件的制備方法，包括如下步驟：(1)在基底電極上涂覆窗口界面材料的前驅體，制備得到窗口界面層；(2)在步驟(1)的基底電極-窗口界面上涂覆含磷酸根分子界面材料的前驅體，制備得到含磷酸根分子界面修飾層；(3)在步驟(2)的基底電極-窗口界面-含磷酸根分子界面上涂覆鈣鈦礦活性材料的前驅體，制備得到鈣鈦礦活性層；(4)在步驟(3)的基底電極-窗口界面-含磷酸根分子界面-鈣鈦礦活性層上涂覆背電極界面材料的前驅體，制備得到背電極界面層；(5)在步驟(4)的基底電極-窗口界面-含磷酸根分子界面-鈣鈦礦活性層-背電極界面上涂覆背電極材料，制備得到背電極，即制備得到磷酸根分子修飾的鈣鈦礦光伏器件。根據本專利技術，所述步驟(1)中的涂覆方法為旋涂、蒸鍍、狹縫涂布、刮涂或絲網印刷等中的至少一種，優選為旋涂；所述旋涂的轉速為1000-8000rpm，優選為2500-4000rpm，如30本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種磷酸根分子修飾的鈣鈦礦光伏器件，其中，所述磷酸根分子修飾的鈣鈦礦光伏器件包括依次相連的基底電極、窗口界面層、磷酸根分子界面修飾層、鈣鈦礦活性層、背電極界面層和背電極；所述磷酸根分子界面修飾層是由含磷酸根分子界面材料的前驅體制備得到的。/n

【技術特征摘要】
1.一種磷酸根分子修飾的鈣鈦礦光伏器件，其中，所述磷酸根分子修飾的鈣鈦礦光伏器件包括依次相連的基底電極、窗口界面層、磷酸根分子界面修飾層、鈣鈦礦活性層、背電極界面層和背電極；所述磷酸根分子界面修飾層是由含磷酸根分子界面材料的前驅體制備得到的。


2.根據權利要求1所述的磷酸根分子修飾的鈣鈦礦光伏器件，其中，所述基底電極選自氧化銦錫(ITO)導電玻璃、ITO有機分子聚合物碳薄膜材料和金屬薄膜材料等中的至少一種，優選為氧化銦錫導電玻璃；所述基底電極的厚度為50-1000nm。
優選地，所述窗口界面層是由窗口界面材料的前驅體制備得到的，所述窗口界面材料選自PEDOT:PSS(聚乙撐二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸鹽))、P3CT-Li(聚[3-(4-羧基丁基)噻吩-2,5-二基]鋰鹽)、P3CTS(聚[3-(4-羧基丁基)噻吩-2,5-二基]鈉鹽)、P3CT-K(聚[3-(4-羧基丁基)噻吩-2,5-二基]鉀鹽)、P3CT-CH3NH3(聚[3-(4-羧基丁基)噻吩-2,5-二基]銨鹽)、平面TiO2、平面TiO2加介孔TiO2、SnO2、C膜和ZnO等中的至少一種，優選為P3CTS；所述窗口界面層的厚度為5-500nm，優選為10-150nm，例如為20nm。
優選地，所述含磷酸根分子界面材料選自含有磷酸根的分子，例如十二水植酸鈉(PAS)、D-葡萄糖6-磷酸二鈉鹽水合物(DG6P)或磷酸等中的至少一種，優選為十二水植酸鈉(PAS)；所述含磷酸根分子界面修飾層的厚度為1-20nm，優選為5-15nm，例如為10nm。
優選地，所述鈣鈦礦活性層是由鈣鈦礦活性材料的前驅體制備得到的，所述鈣鈦礦活性材料選自甲胺鉛碘(CH3NH3PbI3亦稱MAPbI3)、CH2NHNH2PbI3(CH3NH3PbI3亦稱MAPbI3)、甲胺甲脒鉛碘、銫鉛碘、銫鉛溴、甲脒甲胺鉛碘秀和甲脒甲胺銫鉛碘溴等有機無機雜化鈣鈦礦或純無機鈣鈦礦中的至少一種，優選為CH3NH3PbI3；所述鈣鈦礦活性層的厚度為50-1000nm，優選為200-600nm，例如為400nm。
優選地，所述背電極界面層是由背電極界面材料的前驅體制備得到的，所述背電極界面材料選自PCBM、ITIC、ITCC、PCDBT、C60和BCP等中的至少一種，優選為PCBM、C60和BCP中的至少一種；所述背電極界面層的厚度為10-300nm，例如為20-120nm，例如為50nm。
優選地，所述背電極選自Au、Ag、Cu、Al或碳黑等中的至少一種，優選為Ag；所述背電極的厚度為10-200nm，優選為100nm。


3.權利要求1或2所述的磷酸根分子修飾的鈣鈦礦光伏器件的制備方法，包括如下步驟：
(1)在基底電極上涂覆窗口界面材料的前驅體，制備得到窗口界面層；
(2)在步驟(1)的基底電極-窗口界面上涂覆含磷酸根分子界面材料的前驅體，制備得到含磷酸根分子界面修飾層；
(3)在步驟(2)的基底電極-窗口界面-含磷酸根分子界面上涂覆鈣鈦礦活性材料的前驅體，制備得到鈣鈦礦活性層；
(4)在步驟(3)的基底電極-窗口界面-含磷酸根分子界面-鈣鈦礦活性層上涂覆背電極界面材料的前驅體，制備得到背電極界面層；
(5)在步驟(4)的基底電極-窗口界面-含磷酸根分子界面-鈣鈦礦活性層-背電極界面上涂覆背電極材料，制備得到背電極，即制備得到磷酸根分子修飾的鈣鈦礦光伏器件。


4.根據權利要求3所述的制備方法，其中，所述步驟(1)中的涂覆方法為旋涂、蒸鍍、狹縫涂布、刮涂或絲網印刷等中的至少一種，優選為旋涂；所述旋涂的轉速為1000-8000rpm，所述旋涂的時間為10-60s。
優選地，所述步驟(1)中還包括涂覆后退火處...

【專利技術屬性】
技術研發人員：冷炫燁，周惠瓊，唐智勇，
申請(專利權)人：國家納米科學中心，
類型：發明
國別省市：北京;11