一种溶剂辅助快速氧化钙钛矿太阳能电池Spiro-OMeTAD层的方法

本发明涉及一种溶剂辅助快速氧化钙钛矿太阳能电池spiro-ometad层的方法，属于钙钛矿太阳能电池。

背景技术：

1、太阳能是地球上最丰富的能源，取之不尽、用之不竭。因此，开展太阳能光伏发电系统的研究，对缓解能源和环境问题、改善能源消耗结构具有重大意义。

2、其中，有机/无机杂化卤化物钙钛矿太阳能电池作为新一代光伏器件，因其具有对环境影响小、成本低、制备工艺简单、转换效率高等优点而受到广泛研究与开发。与钙钛矿层接触以提取空穴的空穴传输层对太阳能电池的性能和稳定性起着重要作用。各种空穴传输层已成功用于增强器件性能。其中，spiro-ometad仍是高效率器件最受欢迎的空穴传输层材料。

3、由于原始spiro-ometad薄膜具有较低的空穴迁移率，通常要添加双三氟甲基磺酰亚胺锂(litfsi)和4-叔丁基吡啶(tbp)并在环境空气中持续几十个小时的氧化过程。氧化机理为：(ⅰ)spiro-ometad+o2＝spiro-ometad·o2；(ⅱ)spiro-ometad·o2+litfsi＝spiro-ometad+tfsi-+lixoy。其中litfsi用于促进spiro·+自由基的产生，而tbp用于加速litfsi的溶解并优化薄膜形貌。然而，这种氧化需要花费较长的时间，并且对氧化环境有严格要求，由于不同的氧化环境(如湿度)会导致不同的氧化时间，因此导致器件性能重复性较差。目前现有技术仍通过调节氧化湿度和温度来缩短氧化时间，但这种技术仍存在一些问题，如添加的li-tfsi具有吸湿性，长时间的氧化也会对spiro-ometad层结构造成破坏甚至危及到钙钛矿层，从而导致钙钛矿太阳能电池的光电转化效率大幅降低。此外，使用其他的掺杂剂或采用新型的空穴传输层材料也是有效的方法，但这会导致制造工艺的成本增加。

技术实现思路

1、针对目前钙钛矿太阳能电池的光电转化效率低的技术问题，本发明提出一种溶剂辅助快速氧化钙钛矿太阳能电池spiro-ometad层的方法，本发明纯氧氛围中控湿氧化，避免了长时间氧化水分对spiro-ometad结构的破坏；并将双三氟乙酰氧基碘苯(pifa)添加到空穴传输层的spiro-ometad/锂盐溶液中，可以大大缩短氧化时间，有效提高spiro-ometad的空穴迁移率，进而提高钙钛矿太阳能电池的光电转化效率。

2、一种溶剂辅助快速氧化钙钛矿太阳能电池spiro-ometad层的方法，具体步骤如下：

3、在经清洗预处理的透明ito玻璃上依次旋涂制备电子传输层sno2、钙钛矿活性层、空穴传输层；然后置于湿度为0～30％的氧气氛围中控湿氧化2～20h得到空穴传输层的氧化spiro-ometad薄膜，再在氧化spiro-ometad薄膜上蒸镀金属得到钙钛矿太阳能电池；所述空穴传输层的spiro-ometad混合溶液中添加有双三氟乙酰氧基碘苯pifa。

4、优选的，所述空穴传输层的spiro-ometad混合溶液中还含有双三氟甲基磺酰亚胺锂、2,2’,7,7’-四[n，n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9’-螺二芴、4-叔丁基吡啶。

5、优选的，所述spiro-ometad混合溶液中双三氟乙酰氧基碘苯pifa的添加量为1～3mg/ml。

6、优选的，所述电子传输层sno2的厚度为80～100nm，钙钛矿活性层厚度为500～700nm，空穴传输层厚度为110～130nm。

7、优选的，所述钙钛矿活性层材料为fapbi3、fa1-xcsxpbi、mapbi3或fa1-zcszpbixbrycl3-x-y；其中，x＝0～3，y＝0～3，z＝0～3。

8、本发明的有益效果是：

9、(1)本发明在纯氧氛围中控湿氧化，避免环境中水分的入侵，避免对spiro-ometad结构造成破坏，有效提高spiro-ometad的空穴迁移率；

10、(1)本发明双三氟乙酰氧基碘苯(pifa)辅助氧化spiro-ometad的氧化方法，可以促进氧化spiro-ometad+的形成，有效提高spiro-ometad的电导率，大大缩短氧化时间，而且还具有制备工艺简单、成本较低等优点；

11、(2)本发明氧化方法制备得到的钙钛矿太阳能电池器件可获得20.50％的效率，在没有经过任何修饰的空白器件中处于较高效率水平。

技术特征：

1.一种溶剂辅助快速氧化钙钛矿太阳能电池spiro-ometad层的方法，其特征在于，具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述溶剂辅助快速氧化钙钛矿太阳能电池spiro-ometad层的方法，其特征在于：氧气氛围的湿度为0～10％，氧化14～20h。

3.根据权利要求1所述溶剂辅助快速氧化钙钛矿太阳能电池spiro-ometad层的方法，其特征在于：氧气氛围的湿度为10～20％，氧化8～14h。

4.根据权利要求1所述溶剂辅助快速氧化钙钛矿太阳能电池spiro-ometad层的方法，其特征在于：氧气氛围的湿度为20～30％，氧化2～8h。

5.根据权利要求1所述溶剂辅助快速氧化钙钛矿太阳能电池spiro-ometad层的方法，其特征在于：空穴传输层的spiro-ometad混合溶液中还含有双三氟甲基磺酰亚胺锂、2,2’,7,7’-四[n，n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9’-螺二芴、4-叔丁基吡啶。

6.根据权利要求5所述溶剂辅助快速氧化钙钛矿太阳能电池spiro-ometad层的方法，其特征在于：spiro-ometad混合溶液中双三氟乙酰氧基碘苯pifa的添加量为1～3mg/ml。

7.根据权利要求1所述溶剂辅助快速氧化钙钛矿太阳能电池spiro-ometad层的方法，其特征在于：电子传输层sno2的厚度为80～100nm，钙钛矿活性层厚度为500～700nm，空穴传输层厚度为110～130nm。

8.根据权利要求1或7所述溶剂辅助快速氧化钙钛矿太阳能电池spiro-ometad层的方法，其特征在于：所述钙钛矿活性层材料为fapbi3、fa1-xcsxpbi、mapbi3或fa1-zcszpbixbrycl3-x-y；其中，x＝0～3，y＝0～3，z＝0～3。

9.根据权利要求1或7所述溶剂辅助快速氧化钙钛矿太阳能电池spiro-ometad层的方法，其特征在于：所述金属为金或银。

技术总结
本发明涉及一种溶剂辅助快速氧化钙钛矿太阳能电池Spiro‑OMeTAD层的方法，属于钙钛矿太阳能电池技术领域。本发明在经清洗预处理的透明ITO玻璃上依次旋涂制备电子传输层SnO2、钙钛矿活性层、空穴传输层，然后置于湿度为0～30％的氧气氛围中控湿氧化2～20h得到氧化Spiro‑OMeTAD薄膜，再在氧化Spiro‑OMeTAD薄膜上蒸镀金属电极得到钙钛矿太阳能电池；所述空穴传输层的Spiro‑OMeTAD混合溶液中添加有双三氟乙酰氧基碘苯。本发明快速氧化钙钛矿太阳能电池Spiro‑OMeTAD层的方法，通过控制氧化湿度，可避免长时间氧化水分对Spiro‑OMeTAD结构的破坏，并将双三氟乙酰氧基碘苯添加到Spiro‑OMeTAD/锂盐溶液中，可以大大缩短氧化时间，有效提高Spiro‑OMeTAD的空穴迁移率。以该方法制备的钙钛矿太阳能电池器件最高光电转换效率可以达到20.50％。

技术研发人员：卢岳,赵明月,马赛,隋曼龄
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/11/26