【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光伏电池，特别是一种空穴传输层、反式钙钛矿电池及其制备方法。
技术介绍
1、空穴传输层在反式钙钛矿太阳能电池(p-i-n)中主要起到传输空穴的作用。其中，无机空穴传输层，如氧化镍，具有优异的热稳定性，但其表面存在大量的缺陷会引起严重的载流子复合，降低了开路电压和填充因子。自组装分子作为一种新型的空穴传输层材料，具有优异的空穴选择性能，引起了广泛研究。
2、目前常用的自组装分子含有咔唑基团和膦酸基团，通过膦酸基团与底电极上的羟基形成共价结合，能够自组装沉积在底电极上，具有优异的空穴传输性能。
3、然而，使用自组装分子制备空穴传输层的过程中可能会遇到一些挑战。自组装分子具有较大的空间位阻，空间位阻是指分子内部基团在空间排布造成的相互排斥作用，分子位阻大会影响自组装分子的排列方式，使分子之间存在较大的空位，导致形成的空穴传输层不够致密出现孔洞，使得底电极与钙钛矿光敏层直接接触，造成载流子非辐射复合，从而降低了电池的性能和稳定性。而且，现使用的自组装分子对钙钛矿光敏层下界面缺陷的钝化效果有限，钙钛矿光敏层下界面处未配位的铅阳离子会成为电荷复合的中心，降低电池的开路电压和填充因子，引起非辐射复合；未配位的铅阳离子还会促使卤素阴离子从钙钛矿光敏层内部析出，从而影响器件的长期稳定性。
4、针对上述问题，本专利技术对于反式钙钛矿电池空穴传输层改进提出了新方案。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于：解决现有的自组装分子作为空穴传输层形成的薄膜存在
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种空穴传输层，包含第一膦酸分子和第二膦酸分子，所述第一膦酸分子包含咔唑基团和膦酸基团，所述第二膦酸分子包含n、s和o中的至少一种原子形成的杂环结构和膦酸基团，所述第一膦酸分子和所述第二膦酸分子均能够进行自组装和传输空穴，所述第二膦酸分子用于填充所述第一膦酸分子之间的空位和钝化钙钛矿光敏层的下界面缺陷。
4、本专利技术提供的一种空穴传输层，所述第一膦酸分子和所述第二膦酸分子不仅能够传输空穴，还能够通过膦酸基团与底电极上的羟基形成共价结合，能够自组装沉积在底电极上。所述第一膦酸分子具有的咔唑基团空间位阻大，在成膜过程中会形成孔洞，所述第二膦酸分子具有的杂环结构空间位阻小，所述第二膦酸分子能够填充所述第一膦酸分子之间的空位中，减少孔洞的产生，从而提高所述空穴传输层的成膜质量。
5、所述杂环结构上含有孤对电子的n、s、o原子具有路易斯碱性，能够与所述钙钛矿光敏层下界面处未配位的铅阳离子(pb2+)结合，形成络合物从而很好地进行钝化，不仅稳定了铅阳离子，还减少了未配位的铅阳离子的数量，从而减少了界面缺陷，提高了钙钛矿电池的开路电压和填充因子，从而提高了钙钛矿电池的光电转换效率和稳定性。
6、作为本专利技术的优选方案，所述杂环结构包含三氮唑、咪唑、吡唑、噻唑、噻吩和恶唑结构中的任意一种。
7、作为本专利技术的优选方案，所述第二膦酸分子包含1,2,4-三唑-1-基甲基膦酸、2-咪唑-1-基乙基膦酸、吡唑-1-基膦酸、2-(1,3-噻唑-2-基)乙基膦酸、1,2-噻唑-3-基甲基膦酸、2-噻吩-3-基乙基膦酸、1,2-恶唑-3-基膦酸和1,3-恶唑-2-基膦酸中的任意一种。
8、作为本专利技术的优选方案，所述第一膦酸分子含[2-(9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸(2pacz)、[2-(3,6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸(meo-2pacz)、[4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸(me-4pacz)及其衍生物中的一种。
9、一种反式钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
10、s1、对透明导电基底依次清洗和紫外线臭氧处理；
11、s2、配置第一膦酸分子和第二膦酸分子的混合溶液，将所述混合溶液涂布于所述透明导电基底的顶面，退火处理后得到所述的一种空穴传输层；
12、s3、在所述空穴传输层的顶面依次制备钙钛矿光敏层、电子传输层、空穴阻挡层和金属电极。
13、本专利技术提供的一种反式钙钛矿电池的制备方法，所述第二膦酸分子相比较于所述第一膦酸分子具有更小的空间位阻，且所述第一膦酸分子和所述第二膦酸分子都具有自组装的特性，在成膜过程中，所述第二膦酸分子能够填充到所述第一膦酸分子之间的空位中，减少了孔洞的产生，提高了所述空穴传输层的成膜质量；使用所述第一膦酸分子和所述第二膦酸分子配置成所述混合溶液制备成单层分子膜，使得制备所述空穴传输层的过程相对简单，这种简化制备过程的方法有助于降低反式钙钛矿电池生产成本并提高生产效率。所述第二膦酸分子还能够钝化所述钙钛矿光敏层的下界面缺陷，从而提高反式钙钛矿电池的光电转换效率和稳定性。
14、作为本专利技术的优选方案，将步骤s2替换为分别配置第一膦酸分子溶液和第二膦酸分子溶液，将所述第一膦酸分子溶液涂布于所述透明导电基底的顶面进行退火处理后得到第一膦酸分子层，将所述第二膦酸分子溶液涂布于所述第一膦酸分子层的顶面进行退火处理，完成空穴传输层的制备。
15、所述第一膦酸分子的空间位阻大，形成的所述第一膦酸分子层会产生孔洞，将所述第二膦酸分子溶液涂布于所述第一膦酸分子的顶面，所述第二膦酸分子能够填充到孔洞中，提高了空穴传输层的成膜质量，避免底电极与钙钛矿光敏层直接接触，减少了界面处的载流子非辐射复合，提高了开路电压和填充因子。
16、一种反式钙钛矿电池，包含一种反式钙钛矿电池的制备方法制备得到的反式钙钛矿电池。
17、作为本专利技术的优选方案，所述透明导电基底包含氧化铟锡导电玻璃(ito)或者氟掺杂的氧化锡导电玻璃(fto)。
18、作为本专利技术的优选方案，所述电子传输层包含由富勒烯(c60)和[6,6]-苯基-c71-丁酸甲酯(pc71bm)中的一种，所述电子传输层的厚度为10～70nm。
19、作为本专利技术的优选方案，所述空穴阻挡层包含所述空穴阻挡层的材料为2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉(bcp)，所述空穴阻挡层的厚度为2～20nm。
20、综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
21、1、一种空穴传输层，第一膦酸分子和第二膦酸分子均自组装在透明导电基底顶面，第一膦酸分子具有的咔唑基团空间位阻大，在成膜过程中会形成孔洞，第二膦酸分子具有的杂环结构空间位阻小，第二膦酸分子能够填充在第一膦酸分子之间的空位中，减少空穴传输层的孔洞，提高空穴传输层的成膜质量。第二膦酸分子靠近杂环结构一侧具有路易斯碱性，能够与钙钛矿光敏层界面处未配位的铅阳离子(pb2+)结合，形成络合物从而很好地进行钝化。
22、2、一种反式钙钛矿电池的制备方法，使用的第一膦酸分子和第二本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种空穴传输层，其特征在于，包含第一膦酸分子和第二膦酸分子，所述第一膦酸分子包含咔唑基团和膦酸基团，所述第二膦酸分子包含N、S和O中的至少一种原子形成的杂环结构和膦酸基团，所述第一膦酸分子和所述第二膦酸分子均能够进行自组装和传输空穴，所述第二膦酸分子用于填充所述第一膦酸分子之间的空位和钝化钙钛矿光敏层的下界面缺陷。
2.根据权利要求1所述的一种空穴传输层，其特征在于，所述杂环结构包含三氮唑、咪唑、吡唑、噻唑、噻吩和恶唑结构中的任意一种。
3.根据权利要求2所述的一种空穴传输层，其特征在于，所述第二膦酸分子包含1,2,4-三唑-1-基甲基膦酸、2-咪唑-1-基乙基膦酸、吡唑-1-基膦酸、2-(1,3-噻唑-2-基)乙基膦酸、1,2-噻唑-3-基甲基膦酸、2-噻吩-3-基乙基膦酸、1,2-恶唑-3-基膦酸和1,3-恶唑-2-基膦酸中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种空穴传输层，其特征在于，所述第一膦酸分子包含[2-(9H-咔唑-9-基)乙基]膦酸(2PACZ)、[2-(3,6-二甲氧基-9H-咔唑-9-基)乙基]膦酸(MeO-2PACZ
5.一种反式钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种反式钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，将步骤S2替换为分别配置第一膦酸分子溶液和第二膦酸分子溶液，将所述第一膦酸分子溶液涂布于所述透明导电基底的顶面进行退火处理后得到第一膦酸分子层，将所述第二膦酸分子溶液涂布于所述第一膦酸分子层的顶面进行退火处理，完成空穴传输层的制备。
7.一种反式钙钛矿电池，其特征在于，包含如权利要求5至6任意一项所述的一种反式钙钛矿电池的制备方法制备得到的反式钙钛矿电池。
8.根据权利要求7所述的一种反式钙钛矿电池，其特征在于，所述透明导电基底包含氧化铟锡导电玻璃(ITO)或者氟掺杂的氧化锡导电玻璃(FTO)。
9.根据权利要求7所述的一种反式钙钛矿电池，其特征在于，所述电子传输层包含由富勒烯(C60)和[6,6]-苯基-C71-丁酸甲酯(PC71BM)中的一种，所述电子传输层的厚度为10～70nm。
10.根据权利要求7所述的一种反式钙钛矿电池，其特征在于，所述空穴阻挡层包含所述空穴阻挡层的材料为2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉(BCP)，所述空穴阻挡层的厚度为2～20nm。
...【技术特征摘要】
1.一种空穴传输层，其特征在于，包含第一膦酸分子和第二膦酸分子，所述第一膦酸分子包含咔唑基团和膦酸基团，所述第二膦酸分子包含n、s和o中的至少一种原子形成的杂环结构和膦酸基团，所述第一膦酸分子和所述第二膦酸分子均能够进行自组装和传输空穴，所述第二膦酸分子用于填充所述第一膦酸分子之间的空位和钝化钙钛矿光敏层的下界面缺陷。
2.根据权利要求1所述的一种空穴传输层，其特征在于，所述杂环结构包含三氮唑、咪唑、吡唑、噻唑、噻吩和恶唑结构中的任意一种。
3.根据权利要求2所述的一种空穴传输层，其特征在于，所述第二膦酸分子包含1,2,4-三唑-1-基甲基膦酸、2-咪唑-1-基乙基膦酸、吡唑-1-基膦酸、2-(1,3-噻唑-2-基)乙基膦酸、1,2-噻唑-3-基甲基膦酸、2-噻吩-3-基乙基膦酸、1,2-恶唑-3-基膦酸和1,3-恶唑-2-基膦酸中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种空穴传输层，其特征在于，所述第一膦酸分子包含[2-(9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸(2pacz)、[2-(3,6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸(meo-2pacz)、[4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸(me-4pacz)及其衍生物中的一种。...
【专利技术属性】
技术研发人员：李世彬，徐强，马晨曦，袁世豪，钱峰，王磊，
申请(专利权)人：四川恒立聚能光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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