[发明专利]一种修饰电子传输层改善钙钛矿太阳能电池性能的方法

说明书

技术领域

本发明属于光电器件领域，具体涉及一种操作简便、稳定性好的利用掺杂聚合物提升钙钛矿太阳能电池器件性能的方法。

背景技术

半导体太阳电池于1954年问世，经过半个多世纪的努力，太阳能光伏技术得到快速发展。在太阳电池发展历程中，提高功率转换效率和降低成本是两个最核心的问题。上世纪九十年代，IBM的超导材料专家Mitzi等人开始研究锡卤化物杂化钙钛矿材料，探索了其在场效应晶体管(FET)和发光二极管(LED)中的性能，其溶程加工、载流子迁移率高的特点被人所认知。同时日本科学家开始研究铅卤化物杂化钙钛矿材料在X-射线检测器和LED的应用，研究其光物理特性，发现其具有吸收系数高、带隙可调、激子束缚能可调等特点。

在p-i-n结构的PSC中，在钙钛矿层表面沉积电子传输层PCBM，可以平滑钙钛矿表面和钝化表面陷阱，从而提高界面电子和空穴的分离。因此，PCBM在p-i-n型PSC中起着非常重要的作用。但是，作为PSC的电子传输层，PCBM有待改善。一方面，PCBM的LUMO能级(-3.9eV)与PSC常用的Ag电极的功函数4.4eV之间存在0.5eV的能级差，不利于电子的收集。通过在PCBM与阴极之间插入空穴阻挡层或界面层等，例如TiO2，LiF，PN4N，两性离子/LiF，苝酰亚胺和PFN等，PSC的器件性能有了显著的提高。通过优化电子传输层，可以有效的提高PSC的能量转化效率。另一方面，由于PCBM的分子量很小，以溶液法加工制备时其成膜质量差，而且其成膜性在一定程度上受限于其下层的钙钛矿层的表面形貌，在光滑的钙钛矿表面才可以获得较均匀的PCBM薄膜覆盖。关于这个问题，人们也尝试了一些手段来改善其成膜性，例如在PCBM中掺杂聚苯乙烯PS，效率从9.56％增加到10.68％。这种掺杂的方法不仅在制备上工艺简单而且可有效的提高器件的性能。但是由于PS是绝缘材料，大量掺杂会导致器件导电性下降，效率降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用对电子传输层掺杂提升钙钛矿太阳能电池器件性能的方法，利用此方法可以有效改善电子传输层的成膜性以及电子传输层和金属电极之间的界面接触。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种修饰电子传输层改善钙钛矿太阳能电池性能的方法，包含以下2个步骤：

S1：选择能通过旋涂成膜并能传输电子的聚合物或者其共混物；

S2：通过溶液法或气相法沉积在钙钛矿活性层上，形成聚合物按比例0.1％至30％掺杂后的电子传输层。

做一些，上述掺杂后的电子传输层的厚度范围为2-100nm。

进一步，上述步骤1中所述聚合物为聚(9,9-二正辛基芴基-2,7-二基)(PFO)、聚[(9,9-二辛基芴基-2,7-二基)-(苯并[2,1,3]噻二唑-4,8-二基)](F8BT)、聚(3-己基噻吩-2,5-二基)(P3HT)中的一种聚合物材料或其共混物。

有益效果：

1、本发明中，当沉积在钙钛矿层上的电子传输层薄膜有良好的均匀性和覆盖性时可以有效避免钙钛矿层和金属电极之间的电子-空穴复合，最终导致器件性能的提升。

2、本发明所使用的方法简单、制作器件成本低廉，克服了传统的PCBM作为电子传输层成膜性差的缺点，提高了钙钛矿太阳能电池器件的性能。操作简单，成本低廉。

3、能够显著提升电子传输层薄膜的成膜性，并提升器件的能量转换效率。

4、对电子传输层掺杂聚合物具有高重复性，可稳定应用于商业化大规模生产。

附图说明

图1是5μm×5μm尺度下未掺杂和掺杂后电子传输层薄膜的AFM图像。其中a图为未掺杂的电子传输层薄膜原子力显微镜示意图，b图为掺杂后的电子传输层薄膜原子力显微镜示意图。

图2是本发明中不同掺杂比例下钙钛矿太阳能电池器件电流电压曲线。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的描述。

本发明利用掺杂将聚合物加入PCBM电子传输层，在不引起导电率下降的前提下，改善其成膜性。当沉积在钙钛矿层上的电子传输层薄膜有良好的均匀性和覆盖性时可以有效避免钙钛矿层和金属电极之间的电子-空穴复合，最终导致器件性能的提升。本发明所使用的方法简单、制作器件成本低廉，克服了传统的PCBM作为电子传输层成膜性差的缺点，提高了钙钛矿太阳能电池器件的性能。其中，利用掺杂将聚合物材料加入电子传输层中。将聚合物按比例0.1％至30％掺杂进电子传输层，随后通过溶液法沉积在钙钛矿层上。