[发明专利]一种基于离子混掺空穴传输层的钙钛矿电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于离子混掺空穴传输层的钙钛矿电池及其制备方法，包括如下步骤：FTO导电玻璃的清洗；平面二氧化钛薄膜的制备；介孔二氧化钛薄膜的制备；钙钛矿薄膜的制备；空穴传输层的制备：将2,2',7,7'‑四[N,N‑二(4‑甲氧基苯基)氨基]‑9,9'‑螺二芴、4‑叔丁基吡啶和醋酸溶于氯苯中，摇匀后得溶液A；将乙酰磺胺酸钾、18‑冠醚‑6和双三氟甲烷磺酰亚胺锂溶于乙腈中，摇匀后得溶液B，将B加入到A中，摇匀后旋涂到步骤四处理后的玻璃上；金电极的制备。本发明通过在空穴传输层加入乙酰磺胺酸钾作为掺杂剂，强化了空穴传输层分离传输光生载流子的能力，减少了界面处缺陷，显著地提高了钙钛矿电池的效率。

技术领域

本发明涉及钙钛矿太阳能电池，具体涉及一种基于离子混掺空穴传输层的钙钛矿电池及其制备方法。

背景技术

近年来，钙钛矿太阳能电池的研究备受关注。自2009年以来，有机-无机杂化钙钛矿材料及器件相关研究进展已在国际顶级学术刊物Nature和Science上发表了近80篇高影响力学术论文，并曾被Science期刊评为2013年十大科学突破之一，充分体现了该研究领域的前沿性。

钙钛矿太阳能电池主要为多层结构，包括透明电极、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层、对电极等。其中，空穴传输材料(HTM)是钙钛矿电池器件的重要组成部分，HTM的引入对钙钛矿电池效率的提升带来了巨大的推动作用。例如，性能优异的2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)就是杰出的空穴传输材料代表，该材料需要添加4-叔丁基吡啶(TBP)和双三氟甲烷磺酰亚胺锂(Li-TFSI)等掺杂剂来提高其空穴提取和输运能力。目前，钙钛矿电池商业化进程上的两大亟待克服的问题依旧是其效率和稳定性问题。设计寻找新的更加高效和稳定的掺杂剂是钙钛矿电池领域的一大研究热点，有利于提高钙钛矿电池的光电转换效率，为其商业化发展提供推动力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于离子混掺空穴传输层的钙钛矿电池及其制备方法。

本发明上述目的通过如下技术方案实现：

一种基于离子混掺空穴传输层的钙钛矿电池的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、FTO导电玻璃的清洗：超声清洗FTO导电玻璃，烘干，将干燥后的FTO导电玻璃用紫外-臭氧装置处理，备用；

步骤二、平面二氧化钛薄膜的制备：将二异丙氧基双乙酰丙酮钛溶于无水正丁醇，摇匀后将溶液旋涂到FTO导电玻璃上并退火处理；

步骤三、介孔二氧化钛薄膜的制备：将二氧化钛溶于无水乙醇中，搅拌，旋涂于已沉积平面二氧化钛薄膜的FTO导电玻璃上并退火处理；

步骤四、钙钛矿薄膜的制备：将碘化甲脒、碘化铅、氯化甲胺溶于二甲基亚砜和N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌，得到钙钛矿前驱体溶液并旋涂到步骤三处理后的FTO导电玻璃上，在旋涂停止前滴加乙醚作为反溶剂，旋涂完成后退火；

步骤五、空穴传输层的制备：将2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴、4-叔丁基吡啶和醋酸溶于氯苯中，摇匀后得溶液A；将乙酰磺胺酸钾、18-冠醚-6和双三氟甲烷磺酰亚胺锂溶于乙腈中，摇匀后得溶液B，将溶液B加入到溶液A中，摇匀后得到空穴传输层前驱体溶液，将空穴传输层前驱体溶液旋涂到步骤四处理后的FTO导电玻璃上；

步骤六、金电极的制备：采用真空蒸镀装置在空穴传输层上蒸镀金电极，得到基于离子混掺空穴传输层的钙钛矿电池。

进一步地，步骤一中将FTO导电玻璃依次用丙酮、异丙醇、乙醇、去离子水超声清洗30min，干燥后用紫外-臭氧装置处理30min。

进一步地，步骤二中二异丙氧基双乙酰丙酮钛和无水正丁醇的体积比为1:10-20。