[发明专利]含大尺寸强配位有机阴离子的钾盐在钙钛矿太阳能电池中的应用

说明书

本发明涉及含大尺寸强配位有机阴离子的钾盐在钙钛矿太阳能电池中的应用，属于钙钛矿制备技术领域。本发明将含有羧基和磺酸基、能够与未配位的铅离子发生强配位作用的大尺寸强配位有机阴离子钾盐用于制备钙钛矿太阳能电池。由于大尺寸强配位有机阴离子的磺酸官能团和羧基官能团能与未配位的铅离子Pbsupgt;2+/supgt;和/或卤素空位之间发生强配位相互作用，从而牢固锚定于钙钛矿太阳能电池晶界中，协同抑制晶界离子迁移和钝化晶界缺陷，有效抑制钙钛矿太阳能电池发生相分离，使载流子迁移率显著增加，提升钙钛矿薄膜的载流子寿命，同时界面处的载流子非辐射复合大幅减少，从而提升钙钛矿太阳能电池的功率转换效率和长期稳定性，提供一种行之有效的高效稳定钙钛矿太阳能电池的方法。

技术领域

本发明属于钙钛矿制备技术领域，涉及含大尺寸强配位有机阴离子的钾盐在钙钛矿太阳能电池中的应用和含大尺寸强配位有机阴离子钾盐的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池(PSC)因其成本低、带隙可调、载流子扩散长度长、摩尔吸光系数高、可溶液加工、可弯折、功率转换效率(PCE)高等优点，成为发展最快速的太阳能电池技术，受到学术界和工业界的广泛关注。迄今为止，单结PSC已经实现了25.5％的记录认证效率。尽管PSC已实现较高的PCE，但其长期稳定性始终面临着严峻的挑战，这阻碍了其商业化应用。

众所周知，多晶钙钛矿薄膜在高温退火过程中会快速结晶和生长，不可避免地伴随大量缺陷的产生，这些缺陷会阻碍载流子的传输、转移和提取，从而导致严重的体相与界面非辐射复合。人们已经从实验和理论上证明了空位缺陷(尤其卤素空位)由于其形成能最低，所以在所有点缺陷中最容易形成；当它迁移到晶界时，将成为载流子复合中心。此外，这些卤素离子空位将成为卤素离子迁移的通道，这将导致在晶界和/或界面处产生电荷积累，从而导致器件光伏性能下降。据报道，离子迁移引起的电荷积累和界面电容是钙钛矿太阳能电池产生迟滞的主要原因。而且，混合卤素钙钛矿薄膜中的卤素离子迁移会导致钙钛矿相分离，这是导致器件长期稳定性较差的主要原因之一。因此，迫切需要通过钝化空位缺陷来抑制离子迁移，从而阻断离子迁移途径通道。

尽管人们已经开发了组分和溶剂工程来制备高质量钙钛矿薄膜，从而抑制多晶钙钛矿薄膜中缺陷的形成，但缺陷的生成不可完全避免。添加剂工程是一种公认非常有效的钙钛矿晶界缺陷钝化策略。迄今为止，人们已经探索了各种各样的添加剂分子来钝化钙钛矿薄膜中的缺陷，如路易斯酸、路易斯碱、有机/无机盐等。在过去几年中，钾离子(K⁺)已被证实能够有效地钝化缺陷并抑制或消除迟滞现象。然而，报道过的钾盐添加剂分子通常采用无机阴离子，如卤素阴离子、六氟磷酸根、硫酸根等。但由于它们的离子半径仍与卤素离子的半径相似，这些无机阴离子仍容易发生迁移。通常，阴离子可通过离子键与钙钛矿相互作用，所以增强阴离子和钙钛矿之间的相互作用力将有利于钝化缺陷和抑制离子迁移。鉴于此，可以通过结合具有强配位能力的官能团(例如羧酸(-COOH)和磺酸(-SO₃H))来设计大尺寸有机阴离子。

鉴于此，通过使用含有大尺寸有机阴离子来钝化晶界缺陷和抑制离子迁移对于减小或消除迟滞、提升电池的效率和稳定性至关重要。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供含大尺寸强配位有机阴离子的钾盐在钙钛矿太阳能电池中的应用；本发明的目的之二在于提供一种含大尺寸强配位有机阴离子钾盐的钙钛矿太阳能电池；本发明的目的之三在于提供一种含大尺寸强配位有机阴离子钾盐的钙钛矿太阳能电池的制备方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1.含大尺寸强配位有机阴离子的钾盐在钙钛矿太阳能电池中的应用，所述含有大尺寸强配位有机阴离子的钾盐中的大尺寸强配位有机阴离子中含有羧基和磺酸基，所述大尺寸强配位有机阴离子能够与未配位的铅离子发生强配位作用。

优选的，所述应用具体为：将含有大尺寸强配位有机阴离子的盐添加至钙钛矿太阳能电池(PSC)的钙钛矿吸光层中，用于修饰钙钛矿吸光层。