自组装分子材料溶液、钙钛矿太阳能电池及制备方法与流程

本申请涉及太阳能电池，尤其涉及一种自组装分子材料溶液、钙钛矿太阳能电池及制备方法、光伏组件和光伏系统。

背景技术：

1、目前，有机无机金属卤化物钙钛矿材料凭借优异的光电性能以及较低成本被广泛应用于钙钛矿太阳能电池中；同时，由于透明导电氧化物材料和空穴传输层材料具有高载流子选择特性、高空穴抽取能力、高光透过率以及低界面复合性能，可以提高钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性；但是，在形成透明导电氧化物层或空穴传输层时，会具有界面缺陷。自组装分子层(sams)材料不仅可以改善界面质量，而且使用简单方便，可适用于规模化制备钙钛矿电池中。

2、sams材料通过其自身的锚定基团和金属氧化物表面的羟基通过脱水反应实现自组装。然而，由于传统的sams材料的溶解度有限，容易团簇聚集，与金属氧化物的化学键形成不足，具有化学反应的自限性，因此sams材料在锚定吸附基底时会分布不均匀，无法形成高密度、紧密堆积的自组装分子层，从而导致界面性质不稳定，影响器件效率。

3、因此，如何实现sams材料的高质量生长，形成质量稳定、致密均匀的自组装分子层，对提升钙钛矿太阳电池性能至关重要。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种自组装分子材料溶液、钙钛矿太阳能电池及制备方法、光伏组件、光伏系统，以解决或缓解上面提出的技术问题。

2、第一方面，本申请实施例提供了一种自组装分子材料溶液，包括：自组装分子材料和有机溶剂；

3、所述自组装分子材料包括：膦酸类自组装分子材料和巯基类自组装分子材料。

4、可选的，所述膦酸类自组装分子材料包括[2-(9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸、[2-(3,6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸、[4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸中的一种或多种。

5、可选的，所述巯基类自组装分子材料包括2-巯基丙酸、3-巯基丙酸、2,3-二巯基丁二酸，2-巯基丁二酸中的一种或多种。

6、可选的，所述膦酸类自组装分子材料包括[2-(9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸、[2-(3,6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸、[4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸中的一种或多种；

7、所述巯基类自组装分子材料包括2,3-二巯基丁二酸、2-巯基丁二酸中的一种或两种。

8、可选的，所述膦酸类自组装分子材料与所述巯基类自组装分子材料的摩尔比r1为4:1-9:1。

9、可选的，所述自组装分子材料的摩尔浓度c1为0.5-2mmol/l。

10、可选的，所述有机溶剂包括无水乙醇、异丙醇、三氟乙醇、氯仿中的一种或多种。

11、第二方面，本申请实施例提供了一种钙钛矿太阳能电池，包括：依次层叠设置的衬底、透明导电氧化物层，空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、电极；其中，

12、所述透明导电氧化物层包括第一金属氧化物层和第一自组装分子层；和/或所述空穴传输层包括第二金属氧化物层和第二自组装分子层；

13、所述第一自组装分子层和所述第二自组装分子层分别且独立地由上述任一项的自组装分子材料溶液形成。

14、可选的，所述第一金属氧化层包括铟锡氧化物、铟锌氧化物、钨掺杂氧化铟、氟掺杂氧化锡、铈掺杂氧化铟、铝掺杂氧化锌、硼掺杂氧化锌中的一种或多种。

15、可选的，所述第二金属氧化层包括氧化镍、氧化铝、氧化锡、氧化钼中的一种或多种。

16、可选的，所述第一自组装分子层的厚度为2-8nm。

17、可选的，所述第二自组装分子层的厚度为2-8nm。

18、第三方面，本申请实施例提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括：

19、提供衬底；

20、在所述衬底上形成透明导电氧化物层；

21、在所述透明导电氧化物层上形成空穴传输层；

22、在所述空穴传输层上形成钙钛矿吸光层；

23、在所述钙钛矿吸光层上形成电子传输层；

24、在所述电子传输层上形成电极；

25、其中：

26、所述在所述衬底上形成透明导电氧化物层，包括：在所述衬底上形成第一金属氧化物层；将上述任一项的自组装分子材料溶液置于所述第一金属氧化物层上，形成第一自组装分子层，所述第一金属氧化物层和所述第一自组装分子层共同构成所述透明导电氧化物层；和/或

27、所述在所述透明导电氧化物层上形成空穴传输层，包括：在所述透明导电氧化物层上形成第二金属氧化物层；将上述任一项的自组装分子材料溶液置于所述第二金属氧化物层上，形成第二自组装分子层，所述第二金属氧化物层和所述第二自组装分子层共同构成所述空穴传输层。

28、第四方面，本申请实施例提供了一种光伏组件，包括：至少一个电池串，所述电池串包括至少两个上述任一项的钙钛矿太阳能电池。

29、第五方面，本申请实施例提供了一种光伏系统，包括上述的光伏组件。

30、本申请实施例采用上述技术方案可以包括如下优势：

31、自组装分子材料溶液中同时包括膦酸类自组装分子材料(含膦酸基的有机化合物)和巯基类自组装分子材料(含巯基的有机化合物)。由于膦酸类自组装分子材料的膦酸基与金属氧化物之间具有化学吸附作用，将该自组装分子材料溶液置于包括金属氧化物的基底上，便于形成自组装分子层；巯基类自组装分子材料具有巯基，不仅可以锚定基底，而且可以改善膦酸类自组装分子材料的团簇现象，使膦酸基分布均匀，进而减少界面重组并调节电子结构，改善能带匹配问题，从而形成质量稳定、致密均匀的自组装分子层，从而提高器件性能。

技术特征：

1.一种自组装分子材料溶液，其特征在于，包括：自组装分子材料和有机溶剂；

2.根据权利要求1所述的自组装分子材料溶液，其特征在于，所述膦酸类自组装分子材料包括[2-(9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸、[2-(3,6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸、[4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的自组装分子材料溶液，其特征在于，所述巯基类自组装分子材料包括2-巯基丙酸、3-巯基丙酸、2,3-二巯基丁二酸，2-巯基丁二酸中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的自组装分子材料溶液，其特征在于，所述膦酸类自组装分子材料包括[2-(9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸、[2-(3,6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸、[4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸中的一种或多种；

5.根据权利要求1至4任一项所述的自组装分子材料溶液，其特征在于，所述膦酸类自组装分子材料与所述巯基类自组装分子材料的摩尔比r1为4:1-9:1。

6.根据权利要求1至4任一项所述的自组装分子材料溶液，其特征在于，所述自组装分子材料的摩尔浓度c1为0.5-2mmol/l。

7.根据权利要求1至4任一项所述的自组装分子材料溶液，其特征在于，所述有机溶剂包括无水乙醇、异丙醇、三氟乙醇、氯仿中的一种或多种。

8.一种钙钛矿太阳能电池，包括：依次层叠设置的衬底、透明导电氧化物层，空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、电极；其特征在于，

9.根据权利要求8所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，

10.根据权利要求8所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，

11.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：

12.一种光伏组件，其特征在于，包括：

13.一种光伏系统，其特征在于，包括如权利要求12所述的光伏组件。

技术总结
本申请实施例提供一种自组装分子材料溶液、钙钛矿太阳能电池及制备方法、光伏组件、光伏系统。该自组装分子材料溶液，包括：自组装分子材料和有机溶剂；所述自组装分子材料包括膦酸类自组装分子材料和巯基类自组装分子材料。本申请实施例的自组装分子材料溶液中，巯基类自组装分子材料可以改善膦酸类自组装分子材料的团簇现象，使膦酸基分布均匀，进而减少界面重组并调节电子结构，改善能带匹配问题，从而形成质量稳定、致密均匀的自组装分子层，从而提高器件性能。

技术研发人员：赵聪,陈啸,李红江
受保护的技术使用者：天合光能股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/10/31