[发明专利]一种快速氧化处理钙钛矿太阳电池空穴传输层的方法

说明书

一种快速氧化处理钙钛矿太阳电池空穴传输层的方法，属于太阳电池技术领域。用等离子体发生装置产生稳定的氧等离子体，将钙钛矿太阳电池置于氧等离子体区域内，利用氧等离子体中活性基团与空穴传输层发生反应来迅速完成空穴传输层的功能化，并控制反应时间。该方法具有以下优点：反应过程快速、高效，并精确可控，可在几秒、十几秒内完成空穴传输层的功能化，获得较好的器件性能。与传统的在特定气体氛围内静置的方法相比，该方法工艺简单、控制性好、规模灵活，非常适宜应用在将来的工业化生产中。

技术领域

本发明属于太阳电池技术领域，特别是涉及一种利用氧气放电低温等离子体处理钙钛矿太阳电池，快速实现其空穴传输层功能化的方法。

背景技术

能源是社会发展的物质基础，目前人类社会经济生活中广泛使用的煤炭、石油、天然气等化石能源均为不可再生资源而日渐枯竭，短时间内很难从自然界得到补充，因此开发利用新型的替代能源就显得格外重要。在诸多新能源技术中，太阳能发电技术以其分布广泛、来源取之不尽、发电过程清洁无污染、与现有的电力技术兼容性高等突出优点，而受到学术界和工业界的广泛关注。

太阳电池技术经过半个多世纪的发展，目前主要有单晶/多晶硅太阳电池、染料敏化电池、有机太阳电池、无机半导体(砷化镓、碲化镉、铜铟镓硒等)薄膜太阳电池等不同类型。自2012年以来，一种新兴的太阳电池：有机无机杂化钙钛矿太阳电池在国际上备受重视。钙钛矿材料具备吸光能力强、载流子寿命长、迁移率高、可溶液加工等诸多优势，基于CH₃NH₃PbX₃(X＝I,Br,Cl)钙钛矿材料的太阳电池从2009年至今能量转换效率已经从3.8％提高到了20％以上，展现出了替代硅基太阳电池的前景和潜力。

空穴传输层是太阳电池器件的重要组成部分，发挥着传输空穴、阻挡电子，促进载流子分离和抑制界面复合等功能，严重影响着太阳电池的器件性能。在目前效率较高的钙钛矿太阳电池中，Spiro-MeOTAD是最具有代表性的空穴传输材料，它具有空穴迁移率高(可达1×10^-5～1×10^-4cm²V^-1s^-1)；溶于多种有机溶剂，适合溶液加工等诸多优势。在实际使用过程中，基于Spiro-MeOTAD的空穴传输层需要完成氧化过程，才能实现较好的P型掺杂，达到较高的空穴迁移率，以实现空穴传输层的功能化和太阳电池器件的正常工作。

目前对于Spiro-MeOTAD的氧化处理，主要是在特定气体氛围内静置，通过氧气分子与Spiro-MeOTAD分子之间的相互作用来实现的。这种方法控制性差，耗时较长，通常需要几个小时到十几个小时，对于钙钛矿太阳电池的工业化规模生产，尤其是流水线式的连续生产非常不利。

发明内容

本发明针对当前在特定气体氛围内静置钙钛矿太阳电池，氧化其空穴传输层耗时较长、控制性差的问题，提出利用氧气放电低温等离子体来氧化处理钙钛矿太阳电池的空穴传输层，以快速实现空穴传输层功能化和太阳电池器件的正常工作。

一种快速氧化处理钙钛矿太阳电池空穴传输层的方法，其特征在于，利用氧气放电低温等离子体对钙钛矿太阳电池的空穴传输层进行氧化处理，利用氧等离子体中活性基团与空穴传输层发生反应来迅速完成空穴传输层的功能化，以快速实现空穴传输层功能化和太阳电池器件的正常工作。进一步优选钙钛矿太阳电池的空穴传输层为Spiro-OMeTAD。

进一步优选钙钛矿太阳电池，包括依次组合的阳极、空穴传输层、光活性层、电子传输层和阴极，如图1所示，优选光活性层的材料为具有钙钛矿结构的有机-无机杂化材料。

利用等离子体发生装置产生稳定的氧等离子体，并调整放电参量，气压、放电电压、放电电流可根据需要进行调节，优选等离子体放电功率为5～200瓦。