[发明专利]一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。该制备方法包括：将添加剂与钙钛矿材料溶液混合配制前驱体混合溶液；添加剂为4,4'‑联吡啶；将前驱体混合溶液旋涂至带有电子传输层的导电玻璃衬底上成膜，退火形成结晶的钙钛矿薄膜；在钙钛矿薄膜上涂覆含有空穴传输材料的混合溶液，形成空穴传输层；在空穴传输层上蒸镀金属薄膜作为背电极，得到钙钛矿太阳能电池。含有特定添加剂的上述钙钛矿太阳能电池具有优异的光电转化率和稳定性。

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池，尤其涉及一种钙钛矿太阳能电池，属于太阳能电池技术领域。

背景技术

近十年来，有机无机杂化的钙钛矿材料具有高的光吸收系数(10⁵cm^-1)、大的电子/空穴扩散长度(高达1μm)、带隙易于调节(1-2.5eV)、较小的激子结合能(约40meV)、可进行低成本的溶液加工等特性，使得多晶钙钛矿太阳能电池得以快速的发展。当前，多晶钙钛矿太阳能电池的光电转化效率已经超过25％，受到各个国家和太阳能电池领域的广泛重视。

在多晶钙钛矿薄膜的溶液制备过程中，常用的溶液加工和退火技术会导致部分结构的无序性、组分挥发和光活性层的退化，从而产生未配位的铅离子(Pb²⁺)和铅团簇(Pbclusters)(Chem.Soc.Rev.2019,48,3842)。部分卤素离子的迁移和快速的薄膜结晶方式会产生空位和间隙缺陷、空洞和针孔等问题。最终的钙钛矿薄膜存在明显的内部和表面缺陷，造成较多的非辐射复合中心和能量损失，严重影响了器件效率(Science 2017,355,722；Science,2019,364,833；Adv.Mater.2015，27，1837)。因此，高质量的钙钛矿薄膜直接决定了多晶钙钛矿电池的性能。

添加剂工程是一种制备高质量钙钛矿薄膜的有效方法(Adv.Energy Mater.2019,1902579)。Han等将尿素添加到钙钛矿的溶液中，调节晶体的生长和形貌，制备质量更高的大尺寸的钙钛矿薄膜(Solar RRL 2018,2,1800054)。Jen等在前驱液中加入添加剂DIO得到结晶度高且表面均匀的钙钛矿薄膜(Adv.Mater.,2014,26,3748)。最近，通过分子设计发展新型的分子添加剂如NH₂-R-NH₂以及N-H和C＝O的共存结构能有效地实现钙钛矿薄膜的缺陷钝化(Sci.Adv.2019,5,eaav8925；Science 2019,366,1509)。

但是，当前大多数分子添加剂含有较长的烷基链，它们的绝缘性不利于钙钛矿薄膜的载流子迁移率的保持和提高。因此，从寻找独特分子结构方面找到功能化分子添加剂能在有效钝化钙钛矿薄膜缺陷的同时，增强其载流子迁移率，从而促进器件光电性能的提升，仍然具有很大的挑战性。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种具有较高的光电转化效率和器件稳定性的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

将添加剂与钙钛矿材料溶液混合配制前驱体混合溶液；其中，添加剂为4,4'-联吡啶；

将前驱体混合溶液旋涂至带有电子传输层的导电玻璃衬底上成膜，退火形成结晶的钙钛矿薄膜；

在钙钛矿薄膜上涂覆含有空穴传输材料的混合溶液，形成空穴传输层；

在空穴传输层上蒸镀金属薄膜作为背电极，得到钙钛矿太阳能电池。

在本发明的钙钛矿太阳能电池中，以4,4'-联吡啶为添加剂，4,4'-联吡啶(BPY[4,4])的化学结构为：

其由两个吡啶环通过对位结构连接而成的对称结构，左右两个末端为N原子，且两个吡啶环是共轭结构。