空穴传输材料及制备方法、太阳能电池及制备方法与流程

本发明涉及光伏，特别是涉及一种空穴传输材料及制备方法、太阳能电池及制备方法。

背景技术：

1、有机无机金属卤化物钙钛矿材料具有光电性能优异以及成本低等优点，适合作为太阳能电池的吸光层。并且，钙钛矿材料的带隙可调，可以与其他光伏材料如晶体硅等叠加形成叠层太阳能电池，从而获得更高的光电转换效率。

2、钙钛矿太阳能电池通常在tco基底与钙钛矿光吸收层之间设置空穴传输层。传统采用的空穴传输材料主要有氧化镍等金属氧化物、pedot:pss等聚合物、自组装单分子层（sams）等。其中，金属氧化物空穴传输材料具有良好的空穴传输能力，然而其与钙钛矿材料接触会发生氧化还原反应，导致太阳能电池稳定性较差。有机聚合物空穴传输材料在长期光照下会发生分解，稳定性不佳。sams类空穴传输材料能传输空穴，通过在金属氧化物空穴传输层与钙钛矿材料层之间设置一层sams类空穴传输材料，能够避免金属氧化物空穴传输层与钙钛矿矿材料层的直接接触，从而提高稳定性。然而，目前金属氧化物上沉积sams类空穴传输材料的结构效率和稳定性仍有待提高。

技术实现思路

1、基于此，有必要提供一种空穴传输材料及制备方法、太阳能电池及制备方法，以提高太阳能电池的效率和稳定性。

2、本发明的第一方面为提供一种空穴传输材料，方案如下：

3、一种空穴传输材料，所述空穴传输材料为具有内核以及壳层的核壳结构，所述内核为具有空穴传输功能的金属氧化物纳米材料，所述壳层为具有空穴传输功能的第一sams材料。

4、在其中一个实施例中，所述第一sams材料包括第一功能基团以及第一锚定基团，所述第一sams材料通过所述第一锚定基团与所述金属氧化物纳米材料键合，所述第一sams材料具有偶极矩，所述偶极矩的方向为从所述第一功能基团指向所述第一锚定基团的方向。

5、在其中一个实施例中，所述第一锚定基团包括膦酸、羧酸、氰基乙酸、氰基膦酸中的至少一种。

6、在其中一个实施例中，所述第一功能基团包括咔唑、二苯并咔唑、吖啶中的至少一种。

7、在其中一个实施例中，所述具有空穴传输功能的第一sams材料选自具有以下通式（1）至通式（3）所示结构的化合物中的至少一种：

8、   （1）、

9、   （2）、

10、（3）；

11、其中，r1、r2、r9、r10独立地选自-h、c1~c4烷基、c1~c4烷氧基、苯环或-x，x为卤素原子；r3、r5、r11独立地选自c1~c4烷基；r7、r8独立地选自-h、-ch3、-c2h5；r4、r6、r12独立地选自膦酸、羧酸、氰基乙酸或氰基膦酸。

12、在其中一个实施例中，所述金属氧化物纳米材料包括ito、fto、ico、niow、cuo2、cuo、cualo2、cucro2、wo3、moox、voy、croz中的一种或者多种，其中，w为1~2，x为0.5~3，y为1~2.5，z为1~3。

13、在其中一个实施例中，所述内核为纳米颗粒、纳米片、纳米线或纳米管。

14、在其中一个实施例中，所述内核为粒径为1 nm~200 nm的纳米颗粒。

15、在其中一个实施例中，所述内核为最大宽度为1 nm~200 nm、厚度为1 nm~50 nm的纳米片。

16、在其中一个实施例中，所述内核为径向尺寸为1 nm~50 nm、长径比为（4 ~200）∶1的纳米线。

17、在其中一个实施例中，所述内核为径向尺寸为1 nm~50 nm、长径比为（4 ~200）∶1的纳米管。

18、本发明的第二方面为提供一种上述任一实施例的空穴传输材料的制备方法，方案如下：

19、一种空穴传输材料的制备方法，包括以下步骤：

20、获取所述具有空穴传输功能的金属氧化物纳米材料及所述具有空穴传输功能的第一sams材料，共同分散于溶剂中，得到混合液；

21、对所述混合液进行干燥处理和退火处理，制备核壳结构的空穴传输材料；

22、所述空穴传输材料的内核为所述金属氧化物纳米材料，壳层为所述第一sams材料。

23、本发明的第三方面为提供一种太阳能电池，方案如下：

24、一种太阳能电池，包括：

25、第一电极层；

26、第一空穴传输层，设置在所述第一电极层上，所述第一空穴传输层包含空穴传输材料，所述空穴传输材料为具有内核以及壳层的核壳结构，所述内核为具有空穴传输功能的金属氧化物纳米材料，所述壳层为具有空穴传输功能的第一sams材料；

27、钙钛矿光吸收层，设置在所述第一空穴传输层远离所述第一电极层的一侧；

28、以及第二电极层，设置在所述钙钛矿光吸收层远离所述第一空穴传输层的一侧。

29、在其中一个实施例中，所述太阳能电池还包括：

30、第二空穴传输层，设置在所述第一电极层和所述第一空穴传输层之间，所述第二空穴传输层为具有空穴传输功能的第二sams材料。

31、在其中一个实施例中，所述第二sams材料包括第二功能基团以及第二锚定基团，所述第二sams材料通过第二锚定基团键合在所述第一电极层上，所述第二sams材料具有偶极矩，偶极矩的方向为从所述第二功能基团指向所述第二锚定基团的方向。

32、本发明的第四方面为提供一种太阳能电池的制备方法，方案如下：

33、一种太阳能电池的制备方法，在其中一个实施例中，包括以下步骤：

34、提供第一电极层；

35、在所述第一电极层上形成所述第一空穴传输层，所述第一空穴传输层包含空穴传输材料，所述空穴传输材料为具有内核以及壳层的核壳结构，所述内核为具有空穴传输功能的金属氧化物纳米材料，所述壳层为具有空穴传输功能的第一sams材料；

36、在所述第一空穴传输层远离所述第一电极层的一侧形成钙钛矿光吸收层；

37、在所述钙钛矿光吸收层远离所述第一空穴传输层的一侧形成第二电极层。

38、在其中一个实施例中，在形成所述第一空穴传输层之前，所述制备方法还包括以下步骤：

39、在所述第一电极层上形成第二空穴传输层，所述第二空穴传输层为具有空穴传输功能的第二sams材料。

40、与传统方案相比，上述空穴传输材料及制备方法、太阳能电池及制备方法具有以下有益效果：

41、上述空穴传输材料及其制备方法以具有空穴传输功能的金属氧化物纳米材料为内核，具有良好的空穴传输能力，且本身具有良好的光热稳定性，内核由具有空穴传输功能的第一sams材料进行包覆，第一sams材料能够选择性地传输空穴，并且能够避免金属氧化物纳米材料与钙钛矿材料层接触而发生反应，避免钙钛矿材料的分解，有效提高太阳能电池的效率与稳定性。

42、上述太阳能电池及其制备方法采用上述空穴传输材料作为空穴传输层，能够获得相应的有益效果。

技术特征：

1.一种空穴传输材料，其特征在于，所述空穴传输材料为具有内核以及壳层的核壳结构，所述内核为具有空穴传输功能的金属氧化物纳米材料，所述壳层为具有空穴传输功能的第一sams材料。

2.如权利要求1所述的空穴传输材料，其特征在于，所述第一sams材料包括第一功能基团以及第一锚定基团，所述第一sams材料通过所述第一锚定基团与所述金属氧化物纳米材料键合，所述第一sams材料具有偶极矩，偶极矩的方向为从所述第一功能基团指向所述第一锚定基团的方向。

3.如权利要求2所述的空穴传输材料，其特征在于，所述第一锚定基团包括膦酸、羧酸、氰基乙酸、氰基膦酸中的至少一种；和/或

4.如权利要求1所述的空穴传输材料，其特征在于，所述第一sams材料选自具有以下通式（1）至通式（3）所示结构的化合物中的至少一种：

5.如权利要求1所述的空穴传输材料，其特征在于，所述金属氧化物纳米材料选自ito、fto、ico、niow、cuo2、cuo、cualo2、cucro2、wo3、moox、voy、croz中的一种或者多种，其中，w为1~2，x为0.5~3，y为1~2.5，z为1~3。

6.如权利要求1~5中任一项所述的空穴传输材料，其特征在于，所述内核为纳米颗粒、纳米片、纳米线或纳米管。

7.如权利要求6所述的空穴传输材料，其特征在于，所述内核为粒径为1 nm~200 nm的纳米颗粒；或者

8.一种空穴传输材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.一种太阳能电池，其特征在于，包括：

10.如权利要求9所述的太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池还包括：

11.如权利要求10所述的太阳能电池，其特征在于，所述第二sams材料包括第二功能基团以及第二锚定基团，所述第二sams材料通过第二锚定基团键合在所述第一电极层上，所述第二sams材料具有偶极矩，偶极矩的方向为从所述第二功能基团指向所述第二锚定基团的方向。

12.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

13.如权利要求12所述的制备方法，其特征在于，在形成所述第一空穴传输层之前，所述制备方法还包括以下步骤：

技术总结本发明涉及一种空穴传输材料及制备方法、太阳能电池及制备方法。上述空穴传输材料为具有内核以及壳层的核壳结构，所述内核为具有空穴传输功能的金属氧化物纳米材料，所述壳层为具有空穴传输功能的第一SAMs材料。上述空穴传输材料及其制备方法以具有空穴传输功能的金属氧化物纳米材料为内核，具有良好的空穴传输能力，且本身具有良好的光热稳定性，内核由具有空穴传输功能的第一SAMs材料进行包覆，第一SAMs材料能够选择性地传输空穴，并且能够避免具有空穴传输功能的金属氧化物纳米材料与钙钛矿材料层接触而发生反应，避免钙钛矿材料的分解，有效提高太阳能电池的效率与稳定性。技术研发人员：罗文杰受保护的技术使用者：天合光能股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/2