[发明专利]一种基于对甲氧基苯乙酸钝化剂的钙钛矿太阳电池

说明书

本发明公开了一种基于有机分子钝化剂的钙钛矿太阳电池及其制备方法，属于太阳电池领域。该结构包括透明导电衬底、电子传输层、钙钛矿吸收层、有机分子钝化层、空穴传输层和金属电极。所述有机分子钝化剂为对甲氧基苯乙酸、苯甲醚、苯乙酸等苯环上具有‑COOH或‑CH₃O的化合物及其衍生物中的至少一种。采用该钝化剂对钙钛矿薄膜的上下表面或薄膜内部进行钝化处理，可有效降低钙钛矿薄膜表面或体内的缺陷密度、抑制非辐射复合、增强钙钛矿薄膜的内建电场，提高钙钛矿太阳电池的性能。本发明提出的有机分子钝化剂适用于单结钙钛矿太阳电池，钙钛矿/晶硅或钙钛矿/钙钛矿等多结叠层太阳电池，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳电池领域，具体涉及关于一种基于对甲氧基苯乙酸(MPA)作为钝化剂的钙钛矿太阳电池结构及其制备方法。

技术背景

尽管有机-无机金属卤化物钙钛矿太阳电池因其非凡的光电特性而得到了快速的发展，但由于快速的加工条件和复杂的前驱体组成，多晶钙钛矿薄膜中仍存在大量的缺陷。这些缺陷充当了非辐射复合中心，从而对钙钛矿太阳电池的性能和稳定性产生负面影响。由于钙钛矿晶体的热稳定性较低，在钙钛矿薄膜热退火过程中，有机阳离子可能会挥发，这会导致钙钛矿膜的快速分解以及大量配位不足的Pb²⁺的形成。卤化物离子的蒸发或氧化也可能在钙钛矿膜表面和晶界处留下配位不足的Pb²⁺。理论和实验研究表明，配位不足的Pb²⁺会导致带隙中缺陷态的产生，从而造成电荷非辐射复合通道增加，在外加偏压下的离子迁移增强以及水/氧等环境因素的渗透。此外，Pb-I反位缺陷也是一种深能级陷阱，会在器件工作期间引起载流子非辐射复合，从而影响器件的效率和稳定性。钙钛矿吸收体的离子特性促使有机分子通过末端官能团与其产生相互作用来钝化缺陷。目前，带有特定官能团的有机分子充当钝化剂来消除钙钛矿薄膜表面及晶界处的深能级缺陷已成为提高钙钛矿太阳电池性能的主流技术手段。但大多数钝化剂只能减少或消除一种类型的缺陷态，对器件的性能提升有限。因此，需要开发一种含有多个官能团以降低多种缺陷密度的有机分子来显著提升钙钛矿太阳电池的光伏性能。

发明内容

本发明目的旨在进一步提高钙钛矿薄膜的质量以及提升钙钛矿太阳电池的性能，提出一种基于对甲氧基苯乙酸作为钝化剂的钙钛矿太阳电池，将含有-CH₃O或-COOH的有机分子钝化剂对钙钛矿薄膜的上下表面或钙钛矿薄膜内部进行简单有效的处理而无需退火，能够获得缺陷密度降低、非辐射复合损失减少、内建电场增强的高质量钙钛矿薄膜以及光电转换效率和环境稳定性同步提升的钙钛矿太阳电池。该钝化剂不仅适用于单结钙钛矿太阳电池，还适用于钙钛矿/晶硅多结叠层太阳电池或钙钛矿/钙钛矿多结叠层太阳电池。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：