[发明专利]冠醚类材料掺杂Spiro-OMeTAD的空穴传输层及其制备方法和应用

说明书

一种冠醚类材料掺杂Spiro‑OMeTAD的空穴传输层及其制备方法和应用，属于太阳能电池技术领域。所述空穴传输层为冠醚类材料掺杂的Spiro‑OMeTAD，其中，冠醚类材料与Spiro‑OMeTAD的摩尔比为(0.0003～0.0093)：1。本发明提供的空穴传输层，与未掺杂的空穴传输层相比，冠醚类材料能够与Li⁺形成大环螯合结构，促进Li‑TFSI在有机溶剂(氯苯、氯仿等)中的溶解，能够有效阻止Li‑TFSI的聚集；此外，这样的螯合结构能够有效改善Li‑TFSI的吸湿性以及有效抑制Li⁺迁移到钙钛矿太阳能电池的其他层；同时，工艺简单，制备的太阳能电池在保持光电转换效率的同时稳定性大大提升。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，特别涉及一种冠醚类材料掺杂Spiro-OMeTAD的空穴传输层及其制备方法和应用。

背景技术

近10年来，有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池(OIHPs)的光电转换效率显著提升，从最初的3.8％提高到最近的25.2％，作为高效光伏器件的潜力巨大。

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，通常使用明星掺杂剂Li-TFSI和TBP掺杂。Li-TFSI能够显著提升Spiro-OMeTAD薄膜层的电导率和空穴迁移率，但Li-TFSI的引入带来了下列问题：(1)Li-TFSI的极端吸湿性严重加速了钙钛矿的分解和器件性能的下降；(2)Li-TFSI在有机溶剂(氯苯、氯仿等)中溶解性不高，导致其在Spiro-OMeTAD薄膜中聚集；(3)Li⁺会从空穴传输层迁移到钙钛矿太阳能电池的其他层，影响器件的稳定性。上述问题严重影响了器件的稳定性，限制了钙钛矿太阳能电池的广泛应用，因此，如何解决上述问题对钙钛矿太阳能电池的长期稳定性至关重要。

现阶段，主要的解决途径是掺杂新的材料辅助改善Li-TFSI掺杂带来的一系列问题，如掺杂MoS₂作为物理吸附剂抑制Li⁺迁移，同时MoS₂作为P型掺杂剂能够提高空穴传输层的电导率，但并不能改善Li-TFSI的聚集和吸湿等问题；掺杂PbI₂防止Li-TFSI的聚集，但Li⁺依然会向器件内部迁移且Li-TFSI吸湿性的问题仍然存在；掺杂H₃PO₄加速Li-TFSI对Spiro-OMeTAD的氧化，提高导电性和迁移率且减少离子迁移，但是仍不能解决Li-TFSI的聚集、吸湿等问题，并且掺杂新的材料可能会对器件的光电性能产生不良影响。目前，文献中尚未发现能同时解决以上问题的方法。

发明内容

本发明的目的在于，针对背景技术存在的缺陷，提出了一种冠醚类材料掺杂Spiro-OMeTAD的空穴传输层及其制备方法和应用，可同时解决LI-TFSI掺杂带来的上述问题。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种冠醚类材料掺杂Spiro-OMeTAD的空穴传输层，其特征在于，所述空穴传输层为冠醚类材料掺杂的Spiro-OMeTAD，其中，冠醚类材料与Spiro-OMeTAD的摩尔比为(0.0003～0.0093)：1。

进一步地，所述冠醚类材料为冠醚、杂原子冠醚和冠醚衍生物中的至少一种。

进一步地，所述冠醚选自12-冠醚-4、15-冠醚-5、苯并-15-冠醚-5、18-冠醚-6、苯并-18-冠醚-6、二苯并-18-冠醚-6、二苯并-21-冠醚-7、二苯并-24-冠醚-8、二苯并-30-冠醚-10中的一种或几种。

优选地，所述冠醚类材料为12-冠醚-4。

进一步地，所述杂原子冠醚为冠醚的环上含有除了碳、氧、氢之外的其他非金属元素的冠醚。优选地，所述杂原子冠醚为硫杂冠醚、氮杂冠醚、硒杂冠醚。

进一步地，所述冠醚衍生物为球醚或穴醚。