[发明专利]一种钙钛矿太阳能电池添加剂的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种钙钛矿太阳能电池添加剂的制备方法及其应用，包括以下步骤：1）取四氟硼酸溶液于玻璃器皿中，然后向四氟硼酸溶液中缓慢添加碳酸胍粉末，添加过程中不断搅拌，使两者充分反应，直至不再生成气泡；2）采用布氏漏斗抽滤，将反应生成的沉淀分离出来，再用二氯甲烷有机溶剂对沉淀进行洗涤，得到四氟硼酸胍白色沉淀；3）将所得四氟硼酸胍白色沉淀放置于真空干燥箱中进行干燥，得到四氟硼酸胍添加剂。依照本发明方法制备的四氟硼酸胍添加剂，将其应用于钙钛矿太阳能电池的钙钛矿活性层中，能够有效提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率，并使其能够在保证较高的光电转换效率下有更长的使用寿命，提高了钙钛矿太阳能电池的稳定性。

技术领域

本发明涉及新材料太阳能电池技术领域，具体是一种能够提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的四氟硼酸胍添加剂制备方法及其应用。

背景技术

自2009年Miyasaka等人将钙钛矿材料作为光敏化剂应用于染料敏化太阳能电池后，光伏领域便掀起了对钙钛矿材料及其光电性能的研究热潮。经过近十几年的探索与研究，目前，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经达到了25.5%，这主要得益于钙钛矿材料具有带隙可调节、吸收系数高、激子结合能低和载流子寿命长等优点。

影响钙钛矿太阳能电池器件性能的因素有很多，包括钙钛矿薄膜的晶体结构和微观形貌、钙钛矿太阳能电池的器件结构，以及器件各层之间的能级匹配等，其中钙钛矿活性层作为钙钛矿太阳能电池的吸光层，其质量的优劣尤为重要。钙钛矿薄膜的微观形貌差、晶粒尺寸不均匀、结晶性差等都会导致形成较多的缺陷，使得载流子容易发生非辐射复合，从而大幅降低钙钛矿太阳能电池光电性能。经证明，添加剂工程是一种简单有效的调控钙钛矿活性层质量的手段。

由于胍基具有高度对称的结构，且含有氨基，因此胍基分子引起人们的研究兴趣。研究表明，尽管与甲胺和甲脒离子相比，胍离子半径较大，但将其作为添加剂加入钙钛矿中时，能够优化钙钛矿的晶体结构。同时，胍离子的引入还能提高载流子寿命，有效钝化钙钛矿薄膜表面和晶界处的缺陷，从而提高钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。此外，四氟硼酸根类卤素阴离子也被证明可以用于钙钛矿活性层的添加剂，研究发现，其能够提高钙钛矿薄膜的结晶度，钝化表面缺陷。然而，目前尚无将胍离子和四氟硼酸根类卤素阴离子同时掺入到钙钛矿薄膜中的相关报道。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种四氟硼酸胍添加剂的制备方法，将该四氟硼酸胍添加剂应用于反向平面钙钛矿太阳能电池钙钛矿活性层前驱体溶液中，使其在钙钛矿活性层表面形成致密、晶粒尺寸大、粗糙度小、结晶性好的高质量钙钛矿活性层薄膜，以提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和稳定性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种钙钛矿太阳能电池添加剂的制备方法，该钙钛矿太阳能电池添加剂为四氟硼酸胍，制备方法包括以下步骤：

（1）取四氟硼酸溶液于玻璃器皿中，然后向四氟硼酸溶液中缓慢添加碳酸胍粉末，添加过程中不断搅拌，使两者充分反应，直至不再生成气泡；

（2）采用布氏漏斗抽滤，将反应生成的沉淀分离出来，再用二氯甲烷有机溶剂对沉淀进行洗涤，得到四氟硼酸胍白色沉淀；

（3）将所得四氟硼酸胍白色沉淀放置于真空干燥箱中进行干燥，得到粉末状的四氟硼酸胍添加剂。

步骤（1）中所述向四氟硼酸溶液中缓慢添加碳酸胍粉末，所述碳酸胍粉末与四氟硼酸溶液的摩尔量比为1:1。

步骤（2）中所述再用二氯甲烷有机溶剂对沉淀进行洗涤，沉淀洗涤次数为3-4次。

步骤（3）中所述将所得四氟硼酸胍白色沉淀放置于真空干燥箱中进行干燥，所述干燥过程为130℃条件下干燥8-10小时。

一种钙钛矿太阳能电池添加剂的应用，将按照上述方法制得的四氟硼酸胍粉末作为添加剂应用于反向平面钙钛矿太阳能电池中，具体方法和过程如下：