[发明专利]快速氧化spiro-OMeTAD的方法及太阳能电池

说明书

本发明公开了一种湿度辅助快速高效氧化spiro‑OMeTAD的方法以及使用所述方法制备的钙钛矿太阳能电池。包括以下步骤：提供旋涂有spiro‑OMeTAD的光电器件；将所述器件置于空气手套箱中氧化0.5～1.5h，氧化的湿度范围为18～35％，氧化的温度范围为15～30℃。本发明所述的spiro‑OMeTAD氧化方法，能够有效的加速spiro‑OMeTAD氧化，减少薄膜针孔，增大薄膜的迁移率，从而让spiro‑OMeTAD在极短时间内即可充分氧化并起到最优空穴传输性能。

技术领域

本发明涉及钙钛矿太阳能电池材料技术领域，具体涉及一种湿度辅助快速高效氧化spiro-OMeTAD的方法以及使用所述方法制备的钙钛矿太阳能电池。

背景技术

太阳能清洁、无污染、分布广并且能量充分，光伏器件因其具有安全、清洁、成本低廉等优点成为开发利用太阳能的主要对象。新型基于有机-无机杂化钙钛矿光伏器件的光电转换认证效率迅速达到25.5％，在未来的发展中极有可能成为新一代的光伏市场主流。

钙钛矿太阳能电池由透明导电电极、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属电极组成。其结构主要分为：介观结构和平面结构，根据钙钛矿太阳能电池光入射面材料的不同，平面结构的电池可以分为n-i-p和p-i-n型。在n-i-p结构的器件中，空穴传输层一般选用 spiro-OMeTAD，目前已报道的使用spiro-OMeTAD作为空穴传输层的认证效率已经达到24.35％。

在制备空穴传输层spiro-OMeTAD的前驱液时，通常掺杂双三氟甲基磺酸亚酰胺锂(Li-TFSI)和4-叔丁基吡啶(tbp)，可以使空穴传输层载流子密度增加，提升空穴的迁移率和电导率。此外制备好的 spiro-OMeTAD传输层要在空气中与氧气发生氧化反应才具备空穴传输能力，添加剂Li-TFSI虽具有促进spiro-OMeTAD氧化的作用，但是用锂盐掺杂的spiro-OMeTAD层也同样需要进行氧化处理，以确保器件正常工作。氧气在spiro-OMeTAD薄膜中充当电子受体，能有效减少载流子的复合，进而增大薄膜的迁移率。未经氧化处理或者氧化不完全的spiro-OMeTAD膜表面会有高密度针孔存在，孔洞会加速空气中的水、氧分子扩散进入膜层内破坏器件构，同时器件内的离子也会扩散到膜层外；但经氧化处理后，薄膜针孔会减少，使 spiro-OMeTAD膜层更加致密，提高钙钛矿太阳能电池的填充因子；同时锂盐在表面会重新分布，使薄膜表面能级发生移动，实现对薄膜稳定的P型掺杂。因此，载流子迁移率得以提高，器件效率得到提升。

目前实验中常用的spiro-OMeTAD的氧化方式是将旋涂了 spiro-OMeTAD的器件放置在电子干燥柜中，湿度控制为5～10％，氧化12-24h，通常在制备金属电极后将器件再放置于电子干燥柜中氧化12-24h，以达到spiro-OMeTAD充分氧化的目的，从而使器件达到最佳的光电转化效率。该方法制备工艺耗时较长，一般制备器件后第三天才能得到最佳的器件光电转换效率。

为了消除或减少spiro-OMeTAD在空气中的氧化时间，极大的降低获取最佳效率的氧化工艺时长，本发明提供了一种湿度辅助快速氧化方法，能够有效的加速spiro-OMeTAD氧化，减少薄膜针孔，增大薄膜的迁移率，从而让spiro-OMeTAD在极短时间内充分氧化并起到最优空穴传输性能。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统技术中spiro-OMeTAD氧化工艺耗时长的问题，本发明中的湿度辅助氧化方法能够有效的加速 spiro-OMeTAD氧化，减少薄膜针孔，增大薄膜的迁移率，从而让 spiro-OMeTAD充分氧化并起到最优空穴传输性能。

技术方案：本发明解决的技术问题是提供一种湿度辅助快速高效氧化spiro-OMeTAD的方法，本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案：

S1：选择涂有spiro-OMeTAD的光伏器件；

S2：将所述器件置于湿度范围为18～35％的空气中，氧化0.5～1.5 h，氧化的温度范围为15～30℃。