本技术涉及光伏领域,特别是涉及一种空穴传输材料、太阳电池、叠层电池以及用电装置。
背景技术:
1、钙钛矿材料由于其优异的光电特性而被用于太阳能电池、led以及探测器等多种领域。钙钛矿的带隙可以调节至1.60 ev至1.70 ev,适用于与硅电池的串联或者并联叠层结构,从而超过肖克利极限,实现更高的光电转换效率。钙钛矿-硅两端串联叠层太阳能电池的光电转换效率已经突破32%,是最有望成为下一代新型光伏的电池。然而,电池较差的光热稳定性是目前限制其进一步发展的重要因素,也是亟待解决的一项挑战。
2、热、光、湿度以及氧气等是导致电池降解的重要外部因素,而钙钛矿材料内部及其界面引起的结构和化学不稳定性相比外部因素则更为复杂。界面作为一个钙钛矿体相与环境之间的一道屏障,在决定钙钛矿太阳能电池的稳定性方面起着关键作用,湿、氧气、光和热,这些环境因素可以诱导界面缺陷的形成并导致器件整体退化。选择合适的钙钛矿界面修饰分子,改善电荷传输材料,优化器件结构,可以大大减轻界面降解的负面影响,以提高钙钛矿太阳能电池的稳定性。
3、传输层设计对增强钙钛矿太阳能电池的稳定性起着至关重要的作用,传输层可以在界面处诱导合适的能级排列,增强界面接触和促进电荷转移,减少复合损失,最终提高器件稳定性。近年来,自组装单分子层材料已成为空穴转运体的研究热点。磷酸和羧酸被引入到钙钛矿前驱体溶液中,使其能够在体内自组装与透明导电氧化物衬底形成界面空穴选择接触。
4、尽管如此,自组装单分子层材料的有效半径和空间位阻较大,与透明导电氧化物的晶格不匹配,因此仍存在一定的接触空隙,这可能会导致钙钛矿溶液与透明导电氧化物的直接接触,制备的电池如电池效率以及电池稳定性会等性能会降低。
技术实现思路
1、基于此,有必要提供一种比较完整且缺陷少的空穴传输材料、太阳电池、叠层电池以及用电装置。
2、本技术一实施例提供一种空穴传输材料,包括摩尔比为(1~8):1的第一有机物以及第二有机物;
3、其中,所述第一有机物包括[2-(9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸、[4-(9h-卡唑-9-基)丁基]膦酸、[2-(3 ,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)乙基] 膦酸、[4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸、[2-(3,6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸、[4-(3,6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)丁基] 膦酸、[2-(3,6-二氯-9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸、[4-(3,6-二氯-9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸、[2-(3,6-二溴-9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸、[4-(3,6-二溴-9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸、[2-(3,6-二碘-9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸以及[4-(3,6-二碘-9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸中的一种或多种,所述第二有机物的结构式为r-po3h2,r为c1~c5的烷基、c1~c5的卤代烷基以及c1~c5 的烷氨基中的一种。
4、在其中一个实施例中,所述第一有机物与所述第二有机物的摩尔比为(2~7):1。
5、在其中一个实施例中,所述第一有机物包括[2-(9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸、[4-(9h-卡唑-9-基)丁基]膦酸、[2-(3 ,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)乙基] 膦酸、[4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸、[2-(3,6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸以及[4-(3,6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)丁基] 膦酸中的一种或多种;
6、r为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、异戊基或新戊基。
7、进一步地,本技术一种太阳电池,包括:依次层叠的第一导电基底、第一载流子传输层、第一光活性层、第二载流子传输层以及第一电极层;
8、其中,所述第一光活性层的材料为钙钛矿,所述第一载流子传输层或所述第二载流子传输层为空穴传输层,所述空穴传输层的材料包括上述的空穴传输材料。
9、在其中一个实施例中,所述第一载流子传输层为空穴传输层,所述第一导电基底包含第一透明导电氧化物层,所述第一透明导电氧化物层与所述第一载流子传输层接触。
10、在其中一个实施例中,所述第二载流子传输层为空穴传输层,所述第一电极层包含第二透明导电氧化物层,所述第二透明导电氧化物层与所述第二载流子传输层接触。
11、更进一步地,本技术还提供一种叠层电池,包括:依次层叠的第二导电基底、第三载流子传输层、第二光活性层、第四载流子传输层、电荷复合层、第五载流子传输层、第三光活性层、第六载流子传输层以及第二电极层;
12、其中,所述第二光活性层以及所述第三光活性层中至少一层的材料为钙钛矿;所述第三载流子传输层以及所述第五载流子传输层为空穴传输层,所述第四载流子传输层以及所述第六载流子传输层为电子传输层,或所述第四载流子传输层以及所述第六载流子传输层为空穴传输层,所述第三载流子传输层以及所述第五载流子传输层为电子传输层;
13、所述第三载流子传输层、所述第四载流子传输层、所述第五载流子传输层以及所述第六载流子传输层中的至少一层的材料包括上述的空穴传输材料。
14、在其中一个实施例中,所述第二光活性层的材料为钙钛矿,满足以下其中一个特征:
15、(1)所述第三载流子传输层以及所述第五载流子传输层为空穴传输层,所述第三载流子传输层的材料包括上述的空穴传输材料,所述第二导电基底包含第三透明导电氧化物层,所述第三透明导电氧化物层与所述第三载流子传输层接触;
16、(2)所述第四载流子传输层以及所述第六载流子传输层为空穴传输层,所述第四载流子传输层的材料包括上述的空穴传输材料,所述电荷复合层包含第四透明导电氧化物层,所述第四透明导电氧化物层与所述第四载流子传输层接触。
17、在其中一个实施例中,所述第三光活性层的材料为钙钛矿,满足以下其中一个特征:
18、(1)所述第三载流子传输层以及所述第五载流子传输层为空穴传输层,所述第五载流子传输层的材料包括上述的空穴传输材料,所述电荷复合层包含第五透明导电氧化物层,所述第五透明导电氧化物层与所述第五载流子传输层接触;
19、(2)所述第四载流子传输层以及所述第六载流子传输层为空穴传输层,所述第六载流子传输层的材料包括上述的空穴传输材料,所述第二导电基底包含第六透明导电氧化物层,所述第六透明导电氧化物层与所述第六载流子传输层接触。
20、本技术还提供一种用电装置,其供电装置包括如上述的太阳电池或如上述的叠层电池。
21、本技术提供的空穴传输材料中第二有机物小分子含有膦酸(rp)填补了第一有机物自组装单分子层材料的空隙,通过限定两种有机物的选择以及比例可以提高空穴传输材料的完整性,减少电池中吸光层与透明导电氧化层的直接接触,减少电池漏电,提升电池效率和稳定性。此外,第二有机物的小分子材料中不同端基取代小分子膦酸,可改变界面homo能级,有利于扩展至不同带隙的钙钛矿作为吸光层的电池体系,具有普适性。
1.一种空穴传输材料,其特征在于,包括摩尔比为(1~8):1的第一有机物以及第二有机物;
2.如权利要求1所述的空穴传输材料,其特征在于,所述第一有机物与所述第二有机物的摩尔比为(2~7):1。
3.如权利要求1或2所述的空穴传输材料,其特征在于,所述第一有机物包括[4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸、[2-(9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸、[4-(9h-卡唑-9-基)丁基]膦酸、[2-(3 ,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)乙基] 膦酸、 [2-(3,6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸、[4-(3,6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)丁基] 膦酸中的一种或多种;
4.一种太阳电池,其特征在于,包括:依次层叠的第一导电基底、第一载流子传输层、第一光活性层、第二载流子传输层以及第一电极层;
5.如权利要求4所述的太阳电池,其特征在于,所述第一载流子传输层为空穴传输层,所述第一导电基底包含第一透明导电氧化物层,所述第一透明导电氧化物层与所述第一载流子传输层接触。
6.如权利要求4所述的太阳电池,其特征在于,所述第二载流子传输层为空穴传输层,所述第一电极层包含第二透明导电氧化物层,所述第二透明导电氧化物层与所述第二载流子传输层接触。
7.一种叠层电池,其特征在于,包括:依次层叠的第二导电基底、第三载流子传输层、第二光活性层、第四载流子传输层、电荷复合层、第五载流子传输层、第三光活性层、第六载流子传输层以及第二电极层;
8.如权利要求7所述的叠层电池,其特征在于,所述第二光活性层的材料为钙钛矿,满足以下其中一个特征:
9.如权利要求7所述的叠层电池,其特征在于,所述第三光活性层的材料为钙钛矿,满足以下其中一个特征:
10.一种用电装置,其特征在于,其供电装置包括如权利要求4~6任一项所述的太阳电池或如权利要求7~9任一项所述的叠层电池。