用于修饰空穴传输层的氧铵盐及空穴传输层、光电器件制造技术

本发明专利技术公开了一种用于修饰空穴传输层的氧铵盐及空穴传输层、光电器件，该氧铵盐为基于2,2,6,6

【技术实现步骤摘要】
用于修饰空穴传输层的氧铵盐及空穴传输层、光电器件


[0001]本专利技术涉及光电器件
，具体是指一种用于修饰空穴传输层的氧铵盐及光电器件、空穴传输层。

技术介绍

[0002]近年来，一种基于超分子自组装而形成的无机有机杂化钙钛矿材料半导体材料备受关注。目前钙钛矿太阳能电池(Perovskite solar cells,PSCs)光电转换效率从2009年的3.8％突破到如今的25.7％，显示出其巨大的发展潜力及应用前景。
[0003]钙钛矿太阳能电池(PSCs)依靠空穴传输材料(HTMs)从钙钛矿层中有效地提取空穴，并尽量减少阳极的电荷重组。各种无机金属氧化物，有机p型共轭聚合物和有机小分子已被证明是PSC中有效的HTMs。有机空穴传输材料具有精准的物理化学控制的特性，并且相对容易合成、纯化和加工，是目前应用最广泛的空穴传输材料。
[0004]有机HTMs的关键问题是它们通常需要掺杂物来达到高器件功率转换效率(PCE)所需的高电导率。该掺杂物有较高的亲水性，可以加速水分渗透、导致离子迁移和器件运行期间的界面电荷重组从而损害器件的性能。例如在高效率的正式器件中，掺杂剂组分中含有强吸湿性可移动的锂盐(LiTFSI)。研究发现在光照和外加电压的环境下，锂离子会迁移到金属电极和空穴传输材料的界面或通过钙钛矿的孔洞缺陷迁移至电子传输层，进而加速器件的性能衰减。空气中的氧气有助于spiro
‑
OMeTAD的掺杂过程，但是氧气氛围也严重影响钙钛矿材料的稳定性。虽然无掺杂物的聚合物HTMs在含有额外界面层的电池中产生了高达22.7％的PCE，但该界面层使器件的制造过程复杂化，并会降低电池的热稳定性。另一方面，该情况可以通过阻挡层部分解决，但是也不能彻底解决稳定性问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种用于修饰空穴传输层的氧铵盐及空穴传输层、光电器件，具有稳定性高和光电转换效率高的特点。
[0006]本专利技术可以通过以下技术方案来实现：
[0007]本专利技术公开了一种用于修饰空穴传输层的氧铵盐，氧铵盐为基于2,2,6,6
‑
四甲基哌啶氮氧化合物的氧化物，其结构式为以下4种结构式的任一种：
[0008][0009]其中，X
‑
选自Cl
‑
、SO3‑
、PF4‑
、BF4‑
和TFSI
‑
中的一种或两种以上，Y选自O、NH或CH2中
的一种，R选自烷基、芳香基团、酰胺基团、羰基、羟基或氨基中的一种，聚合物的聚合度n在30
‑
1000之间。
[0010]在本专利技术中，氧铵盐能够有效调控光电器件中与空穴传输层接触界面的能级匹配和电荷高效转移，从而形成有效离子迁移阻隔机制、减少界面能量损失并提高界面电学鲁棒性，从而使得使用氧铵盐修饰的空穴传输层以及该空穴传输层所制备的光电器件的光电性能和稳定性得到提升。使用氧铵盐修饰的空穴传输层的湿度稳定性、热稳定性、外界电场作用下的稳定性以及光照稳定性得到提升。
[0011]本专利技术的另外一个方面在于保护一种空穴传输层，该空穴传输层采用上述氧铵盐修饰的有机载流子传输半导体材料制备得到。
[0012]在本专利技术中，空穴传输材料被氧化，形成自由基阳离子，氧铵盐自身被还原成中性的自由基化合物。空穴传输材料的氧化可以降低费米能级和价带的能极差，实现自身p掺杂，提高了电导率和空穴迁移率，减少界面能量损失。被还原形成的中性自由基化合物可以进一步有效调控吸光层与空穴传输层接触界面，提高空穴传输层的成膜性能，防止锂盐的聚集；同时可以在界面处与钙钛矿相互作用，阻止离子的层间迁移、提高界面电学鲁棒性，从而大幅度提升光电器件的光电转换效率和稳定性。。
[0013]进一步地，有机载流子传输半导体材料为噻吩类、芴类、三苯胺类聚合物及其衍生物。
[0014]优选地，有机载流子传输半导体材料选自于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)、聚(3
‑
己基噻吩)(P3HT)和/或聚(3,4
‑
亚乙二氧基噻吩)
‑
聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)中的一种或两种以上。
[0015]进一步地，该空穴传输层的制备方法包括以下步骤：
[0016]S1、空穴溶液的制备：将有机载流子传输半导体材料溶解在溶剂中，搅拌均匀，得到空穴溶液；
[0017]S2、修饰改性空穴溶液的制备：将氧铵盐加到空穴溶液中，搅拌均匀，得到添加氧铵盐的空穴溶液；
[0018]S3、薄膜制备：通过溶液法制膜工艺得到氧铵盐修饰的空穴传输层薄膜。
[0019]本专利技术的另外一个方面在于保护包含上述空穴传输层的光电器件。具体地，光电器件为太阳能电池、发光二极管和/或光电探测器。使用氧铵盐修饰的空穴传输层所制备的光电器件的光电性能和湿度稳定性、热稳定性、外界电场作用下的稳定性以及光照稳定性得到提升。
[0020]进一步地，太阳能电池为钙钛矿太阳能电池，钙钛矿太阳能电池为正式结构或反式结构。
[0021]进一步地，钙钛矿太阳能电池包括层叠在衬底层的第一电极层、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和第二电极层。
[0022]优选地，衬底为ITO导电玻璃、FTO导电玻璃或ITO聚对苯二甲酸乙二醇酯柔性导电基底。
[0023]本专利技术一种用于修饰空穴传输层的氧铵盐及空穴传输层、光电器件，具有如下的有益效果：
[0024]本专利技术提供的可氧化并修饰空穴传输层的氧铵盐及其应用，所使用的氧铵盐具有合适的氧化还原电位、较高的稳定性和高透明的特性；使用氧铵盐修饰的空穴传输层的电导率得到提升；自身被还原后可以抑制空穴传输层中的离子聚集；使用氧铵盐修饰的空穴传输层的稳定性得到提升；本专利技术所使用的氧铵盐能够有效调控光电器件中与空穴传输层接触界面的能级匹配和电荷高效转移，从而形成有效离子迁移阻隔机制、减少界面能量损失并提高界面电学鲁棒性；使用氧铵盐修饰的空穴传输层所制备的光电器件的光电转换效率和稳定性均得到提升。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例1和对比例1所制备的空穴传输材料溶液的紫外
‑
可见光吸收光谱和溶液照片。
[0026]图2为本专利技术实施例2和对比例2所制备的空穴传输材料溶液的紫外
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可见光吸收光谱和溶液照片。
[0027]图3为本专利技术实施例3和对比例3所制备的空穴传输材料溶液的紫外
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可见光吸收光谱和溶液照片。
[0028]图4为本专利技术实施例4和对比例4所制备空穴传输材料薄膜的电流
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于修饰空穴传输层的氧铵盐，其特征在于，所述氧铵盐为基于2,2,6,6
‑
四甲基哌啶氮氧化合物的氧化物，其结构式为以下4种结构式的任一种：其中，X
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选自Cl
‑
、SO3‑
、PF4‑
、BF4‑
和TFSI
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中的一种或两种以上，Y选自O、NH或CH2中的一种，R选自烷基、芳香基团、酰胺基团、羰基、羟基或氨基中的一种，聚合物的聚合度n在30
‑
1000之间。2.一种空穴传输层，其特征在于：采用权利要求1所述氧铵盐修饰的有机载流子传输半导体材料制备得到。3.根据权利要求2所述的空穴传输层，其特征在于：所述有机载流子传输半导体材料为噻吩类、芴类、三苯胺类聚合物及其衍生物。4.根据权利要求3所述空穴传输层，其特征在于：所述有机载流子传输半导体材料选自于2,2',7,7'
‑
四[N,N
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二(4
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甲氧基苯基)氨基]
‑
9,9'
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螺二芴、聚[双(4
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苯基)(2,4,6
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李雄，曾海鹏，郭瑞，赵洋，李敏，刘然然，郑鑫，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：