[发明专利]一种铁盐掺杂Spiro-OMeTAD的空穴传输层及含该空穴传输层的太阳能电池

说明书

本发明公开了一种铁盐掺杂Spiro‑OMeTAD的空穴传输层及含该空穴传输层的太阳能电池。本发明太阳能电池从下至上依次包括导电基底、电子传输层、介孔层、钙钛矿层、FeCl₃掺杂Spiro‑OMeTAD的空穴传输层和金属电极。所述空穴传输层采用将FeCl₃溶液滴加至Spiro‑OMeTAD溶液中并将混合溶液旋涂至钙钛矿层上获用。本发明使用FeCl₃作为掺杂剂掺杂Spiro‑OMeTAD，能够大幅度提高钙钛矿太阳能电池能量转换效率，采用该空穴传输材料的器件效率可达17.2%。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种FeCl₃掺杂Spiro-OMeTAD的空穴传输层及其制备方法，以及含用该空穴传输层的钙钛矿太阳能电池。

背景技术

钙钛矿太阳能电池是使用钙钛矿型半导体材料做为光敏层，由染料敏化太阳能电池发展而来的一种新型太阳能电池，是发展最迅速的一种太阳能电池技术，由2009年发展至今效率已经突破22.1%。

Spiro-OMeTAD是现今钙钛矿太阳能电池中使用最多的一种空穴传输材料。由于其较低的空穴迁移率（~10^-5 cm² V^-1 s^-1），在正常制备器件时需要添加许多添加剂，比如LiTFSI，TBP等掺杂剂以获得更好的电池性能。LiTFSI能够显著提升电导率和Spiro-OMeTAD的空穴迁移率，而TBP的作用则是辅助Li-TFSI，使其在Spiro-OMeTAD的分布更为均匀，调控空穴传输层的形貌，抑制载流子复合等。然而仅仅是用上述两种掺杂剂并不能获得很好的电池性能，通常有机空穴传输材料还需要进行其他类型掺杂。最为常见的为氧气掺杂，但是氧气掺杂过程不可控，且掺杂稳定性不高。为了获得更加稳定以及重复性较好的器件，N(PhBr)₃SbCl₆、F4-TCNQ、SnCl₄、AgTFSI、CuI以及钴的配合物（比如FK102和FK209等）等均被报道作为化学掺杂剂添加到Spiro-OMeTAD。其中，由FK209掺杂的器件展现出优异的性能。但是，由于其合成过程复杂且对纯度要求相对较高，使得其较为昂贵，仅限于实验室研究，不适于真正商业化大规模应用。所以，找到一种低成本高效掺杂剂对于钙钛矿太阳能电池是至关重要的。

发明内容

本发明针对目前钙钛矿太阳能电池有机空穴传输层迁移率低，需要昂贵掺杂剂掺杂等问题，提供了一种廉价的掺杂剂掺杂的有机空穴传输层及其制备方法。掺杂后能够有效氧化Spiro-OMeTAD，并降低材料的HOMO能级，提升材料空穴迁移率，以提升器件能量转换效率。工艺简单，且获得了较好的器件性能。

本发明的目的之一在于提供一种太阳能电池的空穴传输层。

本发明的另一目的在于提供一种含上述空穴传输层的太阳能电池及其制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种太阳能电池的空穴传输层，该空穴传输层为FeCl₃掺杂的Spiro-OMeTAD空穴传输层。

进一步的，该空穴传输层的制备方法为：将FeCl₃溶液、双三氟甲基磺酸亚酰胺锂溶液、4-叔丁基吡啶滴加至Spiro-OMeTAD溶液中，得到混合溶液，将该混合溶液旋涂至钙钛矿层上，所得涂层即为空穴传输层。

进一步的，所述混合溶液中Spiro-OMeTAD的摩尔浓度为42～70mM，FeCl₃的浓度是Spiro-OMeTAD摩尔浓度的0.4～1.4倍，优选是0.8～1倍，最优选是0.8倍。

进一步的，所述混合溶液中双三氟甲基磺酸亚酰胺锂的浓度为6～10mg/mL，4-叔丁基吡啶的浓度为1.8～3.2%v/v。