一种复合空穴传输层及其在钙钛矿太阳能电池中的应用

本发明属于有机电固态器件结构零部件，具体涉及一种复合空穴传输层及其在钙钛矿太阳能电池中的应用。

背景技术：

1、随着化石能源的不断消耗，能源危机逐渐显现。太阳能则是一种绿色的清洁能源，且方便获取，其中，钙钛矿太阳能电池(psc)近年来因具有低成本、制备简单、高能量转化效率(pce)等优点发展迅猛。

2、根据结构的不同，钙钛矿太阳能电池通常被分为两类：正式(n-i-p)和反式

3、(p-i-n)，其中p-i-n结构电池的空穴传输层(htl)在钙钛矿薄膜的下侧，电子传输层在钙钛矿薄膜上侧，这种结构使其不仅可以单独作为单节电池，还可以制备在其它太阳能电池上形成二端叠层太阳能电池，有着更大的应用空间。在此结构中，传输层材料的选择和制备至关重要，常用的空穴传输层材料有[2-(3,6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸(meo-2pacz)、氧化镍、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](ptaa)等，常用的电子传输层材料有c60、pcbm等。

4、目前，基于meo-2pacz等单分子层空穴传输层制备的p-i-n结构钙钛矿太阳能电池相应的效率仍有提升空间，且电池的稳定性与传统的晶硅电池有明显差距。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种复合空穴传输层及其在钙钛矿太阳能电池中的应用，所述复合空穴传输层由2,9,16,23-四叔丁基酞菁铜(ii)薄膜和meo-2pacz薄膜复合得到，基于该复合空穴传输层所制备的p-i-n结构钙钛矿太阳能电池能量转化效率高、性能稳定性好。

2、为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

3、一种复合空穴传输层，所述复合空穴传输层由2,9,16,23-四叔丁基酞菁铜(ii)薄膜和meo-2pacz薄膜复合得到，其中meo-2pacz薄膜表面与钙钛矿薄膜接触。

4、本发明还包括基于上述复合空穴传输层制备得到的p-i-n结构钙钛矿太阳能电池。

5、按上述方案，所述p-i-n结构钙钛矿太阳能电池从下至上包括ito透明导电基底、复合空穴传输层、钙钛矿薄膜、电子传输层、缓冲层及电极。

6、本发明还包括上述p-i-n结构钙钛矿太阳能电池的制备方法，具体包括以下步骤：

7、1)将2,9,16,23-四叔丁基酞菁铜(ii)溶于氯苯中得到2,9,16,23-四叔丁基酞菁铜(ii)溶液，将所得2,9,16,23-四叔丁基酞菁铜(ii)溶液涂布于洁净的ito透明导电基底表面，然后进行退火处理，在ito透明导电基底表面得到2,9,16,23-四叔丁基酞菁铜薄膜；

8、2)将meo-2pacz溶于乙醇和异丙醇的混合溶剂中，得到meo-2pacz溶液，然后将所得meo-2pacz溶液涂布于步骤1)所述2,9,16,23-四叔丁基酞菁铜薄膜表面，随后退火处理，在2,9,16,23-四叔丁基酞菁铜薄膜表面得到meo-2pacz薄膜，2,9,16,23-四叔丁基酞菁铜薄膜与meo-2pacz薄膜共同组成复合空穴传输层；

9、3)在步骤2)所得复合空穴传输层表面依次制备钙钛矿薄膜、电子传输层、缓冲层及电极，得到p-i-n结构钙钛矿太阳能电池。

10、按上述方案，步骤1)所述2,9,16,23-四叔丁基酞菁铜(ii)溶液浓度为0.5～2.5mg/ml。

11、按上述方案，步骤1)退火处理工艺条件为：退火温度为120～150℃，退火时间为10～20分钟。

12、按上述方案，步骤1)所述2,9,16,23-四叔丁基酞菁铜薄膜厚度为1～10nm。

13、按上述方案，步骤2)所述乙醇和异丙醇的混合溶剂中乙醇与异丙醇的体积比为1～4：1。

14、按上述方案，步骤2)所述meo-2pacz溶液浓度为0.5～1.5mg/ml。

15、按上述方案，步骤2)退火处理工艺条件为：退火温度为100～120℃，退火时间为5～10分钟。

16、按上述方案，步骤2)所述meo-2pacz薄膜厚度为1～10nm。

17、按上述方案，步骤3)所述钙钛矿薄膜为rb0.05cs0.05ma0.05fa0.85pb(i0.95br0.05)3钙钛矿，厚度为600-800nm。

18、按上述方案，所述电子传输层为c60，厚度为30-40nm，缓冲层为bcp，厚度为10-20nm。

19、按上述方案，所述电极为银电极，厚度为80～100nm。

20、本发明还包括上述复合空穴传输层在钙钛矿太阳能电池领域的应用。

21、本发明的有益效果在于：1、本发明将2,9,16,23-四叔丁基酞菁铜(ii)薄膜和meo-2pacz薄膜复合作为空穴传输层能够增加光照的透过率，有效提升电池的光电流，并且优化了与钙钛矿薄膜的界面，改善了钙钛矿薄膜的致密性和晶粒尺寸，使钙钛矿太阳能电池的效率得到了显著提升，其次，2,9,16,23-四叔丁基酞菁铜(ii)的加入使复合空穴传输层的稳定性大大提高，钙钛矿太阳能电池的热稳定性和光照稳定性也显著提升，在老化测试中，复合空穴层未出现失效和破坏，钙钛矿层的降解速度显著减慢，经过500小时的85℃热稳定性测试和一个太阳光的光照稳定性测试，电池仍能维持初始效率的90％以上。2、本发明制备方法工艺简单，易于实现产业化，具有工业应用前景。

技术特征：

1.一种复合空穴传输层，其特征在于，所述复合空穴传输层由2,9,16,23-四叔丁基酞菁铜(ii)薄膜和meo-2pacz薄膜复合得到，其中meo-2pacz薄膜表面与钙钛矿薄膜接触。

2.一种基于权利要求1所述复合空穴传输层制备得到的p-i-n结构钙钛矿太阳能电池。

3.根据权利要求2所述的p-i-n结构钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述p-i-n结构钙钛矿太阳能电池从下至上包括ito透明导电基底、复合空穴传输层、钙钛矿薄膜、电子传输层、缓冲层及电极。

4.一种权利要求2或3所述的p-i-n结构钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的p-i-n结构钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤1)所述2,9,16,23-四叔丁基酞菁铜(ii)溶液浓度为0.5～2.5mg/ml；步骤1)退火处理工艺条件为：退火温度为120～150℃，退火时间为10～20分钟。

6.根据权利要求4所述的p-i-n结构钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤1)所述2,9,16,23-四叔丁基酞菁铜薄膜厚度为1～10nm。

7.根据权利要求4所述的p-i-n结构钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤2)所述乙醇和异丙醇的混合溶剂中乙醇与异丙醇的体积比为1～4：1；步骤2)所述meo-2pacz溶液浓度为0.5～1.5mg/ml。

8.根据权利要求4所述的p-i-n结构钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤2)退火处理工艺条件为：退火温度为100～120℃，退火时间为5～10分钟；步骤2)所述meo-2pacz薄膜厚度为1～10nm。

9.根据权利要求4所述的p-i-n结构钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤3)所述钙钛矿薄膜为rb0.05cs0.05ma0.05fa0.85pb(i0.95br0.05)3钙钛矿，厚度为600-800nm；所述电子传输层为c60，厚度为30-40nm，缓冲层为bcp，厚度为10-20nm。

10.权利要求1所述的复合空穴传输层在钙钛矿太阳能电池领域的应用。

技术总结
本发明涉及一种复合空穴传输层及其在钙钛矿太阳能电池中的应用，所述复合空穴传输层由2,9,16,23‑四叔丁基酞菁铜(II)薄膜和MeO‑2PACz薄膜复合得到，其中MeO‑2PACz薄膜表面与钙钛矿薄膜接触。本发明将2,9,16,23‑四叔丁基酞菁铜(II)薄膜和MeO‑2PACz薄膜复合作为空穴传输层能够增加光照的透过率，有效提升电池的光电流，并且优化了与钙钛矿薄膜的界面，改善了钙钛矿薄膜的致密性和晶粒尺寸，使钙钛矿太阳能电池的效率得到了显著提升，钙钛矿太阳能电池的热稳定性和光照稳定性也显著提升，经过500小时的85℃热稳定性测试或一个太阳光的光照稳定性测试，电池仍能维持初始效率的90％以上。

技术研发人员：黄福志,高晓峰
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/12