[发明专利]导电聚合物-卤化铅钙钛矿-导电聚合物三明治型光电薄膜的制备方法及其应用

说明书

本发明属于薄膜材料制备领域，具体为一种导电聚合物‑卤化铅钙钛矿‑导电聚合物三明治型光电薄膜的制备方法及其应用。将N型导电聚合物材料分散至卤化铅钙钛矿前驱体溶液中，将P型导电聚合物材料分散至反极性溶剂中；将N型导电聚合物/钙钛矿前驱体溶液以一定转速旋涂于基片上，待旋涂机到达指定转速后，滴加含有P型导电聚合物材料的反极性溶剂冲洗基片；旋涂结束后，将基片至于加热台上，在80～150℃下退火2～60分钟，制成导电聚合物‑卤化铅钙钛矿‑导电聚合物三明治型复合光电薄膜。这种三明治结构可以同时优化卤化铅钙钛矿材料与电子/空穴传输材料的界面，将其应用于钙钛矿太阳能电池，可获得优异的光电转换性能。

技术领域

本发明属于薄膜材料制备领域，具体为一种导电聚合物-卤化铅钙钛矿-导电聚合物三明治型光电薄膜的制备方法及其应用。

背景技术

经过近几年的快速发展，以MAPbI₃、FAPbI₃等卤化铅钙钛矿材料为核心钙钛矿太阳能电池的光电效率突破20％，部分性能指标达到甚至超过传统硅基及薄膜光伏电池，具有极佳的民用前景。这类电池通常由透明导电层、电子传输层、卤化铅钙钛矿层、空穴传输层及金属电极组成。电池在工作过程中，卤化铅钙钛矿材料吸收太阳光，并在与电子传输层和空穴传输层的界面处分离光生电子-空穴对，电子空穴分别注入至电子传输层材料和空穴传输层材料，输运至外电路，完成发电过程。

研究表明，卤化铅钙钛矿材料与电子传输材料和空穴传输材料的界面性能直接影响光生载流子的分离效率，决定器件的光电转换性能。此外，上述两处界面性能还对电池稳定性、使用寿命起到关键影响，这使得对钙钛矿材料与电子/空穴传输材料界面处的优化就成为提高器件综合性能的关键。传统钙钛矿电池制备方法中，通常采用旋涂(或者蒸镀)的方法逐层制备电子传输层、卤化铅钙钛矿层以及空穴传输层，使得卤化铅钙钛矿材料与电子/空穴传输材料之间缺乏过渡。此外，由于电子/空穴传输材料易于与空气中的水氧发生反应，采用逐层制备的方法极易损害卤化铅钙钛矿材料与电子/空穴传输材料的界面性能，从而影响电池的性能。因此，开发新的制备方法，优化卤化铅钙钛矿材料与电子/空穴传输材料的界面性能对钙钛矿太阳能电池性能的提高具有重要意义。

发明内容

针对现有卤化铅钙钛矿太阳能电池界面优化所存在的问题，本发明的目的在于提供一种导电聚合物-卤化铅钙钛矿-导电聚合物三明治型光电薄膜的制备方法，所制备的三明治型薄膜中，富勒烯(C60)、富勒烯衍生物(PCBM)等N型导电聚合物(小分子)材料位于薄膜底层、卤化铅钙钛矿材料位于薄膜中间层、碳纳米管、酞菁铜、硫氰酸亚铜(CuSCN)、2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OMETAD)、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)等P型导电聚合物(小分子)材料位于薄膜顶层，这种三明治结构采用一次成膜过程制备，可以同时优化卤化铅钙钛矿材料与电子/空穴传输材料的界面，将其应用于钙钛矿太阳能电池，可获得优异的光电转换性能。

本发明的技术方案是：

一种导电聚合物-卤化铅钙钛矿-导电聚合物三明治型光电薄膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)卤化铅钙钛矿前驱体溶液配置：将卤化铅钙钛矿前驱体溶于前驱体溶剂中，室温搅拌1～24h成均一稳定透明溶液，前驱体溶液摩尔浓度在1.0～1.6M之间；

(2)N型导电聚合物/卤化铅钙钛矿前驱体溶液配置：将N型导电聚合物材料分散至步骤(1)卤化铅钙钛矿前驱体溶液中，浓度在1～100mg/mL范围；

(3)P型导电聚合物/反极性溶剂配置：将P型导电聚合物材料分散至反极性溶剂中，浓度在1～100mg/mL范围；

(4)旋涂N型导电聚合物/卤化铅钙钛矿前驱体溶液：取步骤(2)得到的N型导电聚合物/卤化铅钙钛矿前驱体溶液0.1～5mL，滴于基片上，静置2～600秒，启动旋涂机，以3000～6000rpm的转数旋涂20～60秒；