【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及鈣鈦礦太陽能電池，更具體地說，是涉及一種雙功能有機(jī)自組裝單分子及其制備方法和應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、鈣鈦礦太陽電池因其較高的光吸收系數(shù)、長載流子壽命和高缺陷容忍度等優(yōu)異的光電特性，得到了廣泛的關(guān)注。自2009年面世以來，鈣鈦礦太陽電池從最開始的3.8％能量轉(zhuǎn)換效率(pce)提升至當(dāng)前認(rèn)證的26.1％的能量轉(zhuǎn)換效率，已經(jīng)非常接近晶體硅太陽電池26.81％的效率記錄；加之可溶液法制備的優(yōu)勢，使其在效率和成本上顯示出廣闊的產(chǎn)業(yè)化前景。
2、近些年，隨著鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，p-i-n型平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦太陽電池因結(jié)構(gòu)簡單并且兼容大面積生產(chǎn)工藝而受到了廣泛的關(guān)注。在已報道的應(yīng)用于反式p-i-n結(jié)構(gòu)的空穴傳輸層中，p型無機(jī)半導(dǎo)體中的氧化鎳以成本低廉、透光率高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定且容易大面積制備的優(yōu)點(diǎn)，受到了格外的青睞。然而，niox也具有嚴(yán)重的缺點(diǎn)，包括低本征電導(dǎo)率、高缺陷密度、與鈣鈦礦界面能級不匹配以及與鈣鈦礦前驅(qū)體發(fā)生反應(yīng)等。即使鈣鈦礦材料本身對缺陷容忍性比較高，但是未處理過的niox薄膜與鈣鈦礦界面處存在的大量缺陷和深勢阱會引起高度的非輻射復(fù)合，從而限制了niox基鈣鈦礦太陽能電池的光伏性能。引入界面層進(jìn)行修飾和改性是優(yōu)化niox基鈣鈦礦太陽電池光伏性能的主要手段之一。
3、目前自組裝材料(sam)引起了人們的廣泛關(guān)注，其優(yōu)點(diǎn)在于可以根據(jù)基底來精心設(shè)計多種組合的頭基和末端基團(tuán)以實(shí)現(xiàn)不同的功能，sam用于充當(dāng)pscs中的界面改性劑已經(jīng)被證明是一種簡單有效的策略。其中具有錨定基(醋酸基、硼酸基、巰基、膦
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本專利技術(shù)的目的在于提供一種雙功能有機(jī)自組裝單分子及其制備方法和應(yīng)用，本專利技術(shù)提供的雙功能有機(jī)自組裝單分子，能夠同時鈍化niox以及鈣鈦礦表面，減少界面缺陷；其中一端含有的錨定基能夠錨定在niox薄膜表面上形成強(qiáng)而穩(wěn)定的共價鍵，實(shí)現(xiàn)選擇性接觸以減輕界面復(fù)合并減少niox薄膜表面缺陷；同時分子另一端的磺?；鵲＝s＝o結(jié)構(gòu)可以有效抑制氧元素對于鈣鈦礦的影響，延長鈣鈦礦器件的使用壽命，而且磺?；鵲＝s＝o能夠和鈣鈦礦表面未配位的pb2+結(jié)合，大大減少了鈣鈦礦吸光層中的空位缺陷，對薄膜中的缺陷位置起到了鈍化作用，很大程度上減少了薄膜的缺陷，提高了光電轉(zhuǎn)化效率。
2、本專利技術(shù)提供了一種雙功能有機(jī)自組裝單分子，具有式ⅰ所示結(jié)構(gòu)：
3、
4、其中，r為n為1～10的整數(shù)。
5、優(yōu)選的，具有以下具體結(jié)構(gòu)：
6、
7、優(yōu)選的，n＝2、3或4。
8、本專利技術(shù)還提供了一種上述技術(shù)方案所述的雙功能有機(jī)自組裝單分子的制備方法，包括以下步驟：
9、a)將5,5-二氧代吩噻嗪、四丁基溴化銨與兩端為br基團(tuán)的烷基鏈分子在koh和水存在的條件下發(fā)生烷基化反應(yīng)，得到具有式iⅰ所示結(jié)構(gòu)的物質(zhì)；
10、
11、b)將步驟a)得到的具有式iⅰ所示結(jié)構(gòu)的物質(zhì)進(jìn)行r取代反應(yīng)，得到具有式ⅰ所示結(jié)構(gòu)的雙功能有機(jī)自組裝單分子。
12、優(yōu)選的，步驟a)中所述5,5-二氧代吩噻嗪與兩端為br基團(tuán)的烷基鏈分子的摩爾比為1：(10～20)；所述氫氧化鉀與5,5-二氧代吩噻嗪的摩爾比為(2～8)：1；
13、所述烷基化反應(yīng)的溫度為70℃～90℃，時間為5h～12h。
14、優(yōu)選的，步驟b)中所述r取代反應(yīng)的過程具體為：
15、將步驟a)得到的具有式iⅰ所示結(jié)構(gòu)的物質(zhì)先與亞磷酸三乙酯進(jìn)行反應(yīng)，再與溴三甲基硅烷進(jìn)行反應(yīng)，得到含膦酸根的分子
16、或，
17、將步驟a)得到的具有式iⅰ所示結(jié)構(gòu)的物質(zhì)先與cuscn進(jìn)行反應(yīng)，再與濃硫酸進(jìn)行反應(yīng)，得到含羧基的分子
18、或，
19、將步驟a)得到的具有式iⅰ所示結(jié)構(gòu)的物質(zhì)與nahs進(jìn)行反應(yīng)，得到含巰基的分子
20、或，
21、將步驟a)得到的具有式iⅰ所示結(jié)構(gòu)的物質(zhì)先與硼酸三異丙酯進(jìn)行反應(yīng)，再與甲基硼酸進(jìn)行反應(yīng)，得到含硼酸根的分子
22、本專利技術(shù)還提供了一種雙功能有機(jī)自組裝單分子在制備鈣鈦礦太陽能電池中的應(yīng)用，所述雙功能有機(jī)自組裝單分子為上述技術(shù)方案所述的雙功能有機(jī)自組裝單分子。
23、優(yōu)選的，所述鈣鈦礦太陽能電池的制備方法包括以下步驟：
24、步驟1、制備鈣鈦礦前驅(qū)體溶液；
25、步驟2、將基底退火，其中所述基底含空穴傳輸層；
26、步驟3、將含有雙功能有機(jī)自組裝單分子的前驅(qū)體溶液涂覆于步驟2退火后的基底上并加熱退火，以生成自組裝單分子層，之后旋涂前驅(qū)體溶劑從而清洗去除多余的未與空穴傳輸層共價鍵合的sam材料；
27、步驟4、將步驟1制備的鈣鈦礦前驅(qū)體溶液涂覆于上述自組裝單分子層并加熱，以生成鈣鈦礦薄膜；
28、步驟5、在所述鈣鈦礦薄膜上形成電子傳輸層；
29、步驟6、在所述電子傳輸層上形成電極層，得到鈣鈦礦太陽能電池。
30、優(yōu)選的，所述鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中的鈣鈦礦材料的通式為abx3，其中a為ch3nh3+、ch(nh2)2+、cs+和rb+中的一種或多種，b為pb2+、sn2+和ge2+中的一種或多種，x為cl-、br-和i-中的一種或多種；
31、所述鈣鈦礦前驅(qū)體溶液的溶劑選自n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、n-甲基-2-吡咯烷酮、γ-丁內(nèi)酯、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、二甲基乙酰胺、n,n-二甲基丙烯基脲、乙腈和2-巰基乙醇中的一種或多種；
32、述空穴傳輸層為niox；
33、所述含有雙功能有機(jī)自組裝單分子的前驅(qū)體溶液的溶劑為異丙醇，摩爾濃度為1mm～5mm；
34、所述電子傳輸層未n型無機(jī)半導(dǎo)體或n型有機(jī)半導(dǎo)體；
35、所述背電極的材料為au、ag或低溫碳電極。
36、優(yōu)選的，所述鈣鈦礦薄膜的厚度為200nm～900nm。
37、本專利技術(shù)提供了一種雙功能有機(jī)自組裝單分子及其制備方法和應(yīng)用；所述具雙功能有機(jī)自組裝單分子有式ⅰ所示結(jié)構(gòu)：
38、
39、其中，r為n為1～10的整數(shù)。
40、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)提供了一種基于5,5-二氧代吩噻嗪的雙功能有機(jī)自組裝單分子，能夠同時鈍化niox以及鈣鈦礦表面，減少界面缺陷；其中一端含有的錨定基能夠錨定在niox薄膜表面上形成強(qiáng)而穩(wěn)定的共價鍵，實(shí)現(xiàn)選擇性接觸以減輕界面復(fù)合并減少niox薄膜表面缺陷；同時分子另一端的磺?；鵲＝s＝o結(jié)構(gòu)可以有效抑制氧元素對于鈣鈦礦的影響，延長鈣鈦礦器件的使用壽命，而且磺?；鵲＝s＝o能夠和鈣鈦礦表面未配位的pb2+結(jié)合，大大減少了鈣鈦礦吸光層中的空位缺陷，對薄膜中的缺陷位置起到了鈍化作用，很大程度上減少了薄膜的缺陷本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種雙功能有機(jī)自組裝單分子，其特征在于，具有式Ⅰ所示結(jié)構(gòu)：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙功能有機(jī)自組裝單分子，其特征在于，具有以下具體結(jié)構(gòu)：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙功能有機(jī)自組裝單分子，其特征在于，n＝2、3或4。
4.一種權(quán)利要求1～3任一項(xiàng)所述的雙功能有機(jī)自組裝單分子的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟a)中所述5,5-二氧代吩噻嗪與兩端為Br基團(tuán)的烷基鏈分子的摩爾比為1：(10～20)；所述氫氧化鉀與5,5-二氧代吩噻嗪的摩爾比為(2～8)：1；
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟b)中所述R取代反應(yīng)的過程具體為：
7.一種雙功能有機(jī)自組裝單分子在制備鈣鈦礦太陽能電池中的應(yīng)用，其特征在于，所述雙功能有機(jī)自組裝單分子為權(quán)利要求1～3任一項(xiàng)所述的雙功能有機(jī)自組裝單分子。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)用，其特征在于，所述鈣鈦礦太陽能電池的制備方法包括以下步驟：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，所述鈣鈦礦
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，所述鈣鈦礦薄膜的厚度為200nm～900nm。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種雙功能有機(jī)自組裝單分子，其特征在于，具有式ⅰ所示結(jié)構(gòu)：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙功能有機(jī)自組裝單分子，其特征在于，具有以下具體結(jié)構(gòu)：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙功能有機(jī)自組裝單分子，其特征在于，n＝2、3或4。
4.一種權(quán)利要求1～3任一項(xiàng)所述的雙功能有機(jī)自組裝單分子的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟a)中所述5,5-二氧代吩噻嗪與兩端為br基團(tuán)的烷基鏈分子的摩爾比為1：(10～20)；所述氫氧化鉀與5,5-二氧代吩噻嗪的摩爾比為(2～8)：1；
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟b)中所述r取代反應(yīng)的過...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李子佳，王文松，蔡永梅，余浩，何勝，
申請(專利權(quán))人：正泰新能科技股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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