[发明专利]一种双钝化钙钛矿薄膜、太阳能电池及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种双钝化钙钛矿薄膜、太阳能电池及其制备方法和应用，所述双钝化钙钛矿薄膜的材料包括钙钛矿，且所述钙钛矿经过带有吡啶官能团和羧酸官能团的化合物钝化得到；通过采用带有吡啶官能团和羧酸官能团的化合物对钙钛矿材料进行钝化处理，利用吡啶官能团和羧酸官能团可以双钝化钙钛矿中的多个缺陷位点，同时所述带有吡啶官能团和羧酸官能团的化合物还可以与钙钛矿前驱体发生强相互作用，从而抑制钙钛矿中空位和金属Pb团簇的生成，进而得到了具有低缺陷态密度的高质量双钝化钙钛矿薄膜，采用所述双钝化钙钛矿薄膜的器件具有较高的光电转换效率和发电稳定性。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种双钝化钙钛矿薄膜、太阳能电池及其制备方法和应用。

背景技术

有机-无机钙钛矿太阳能电池的光电转化效率已超过25％，且制备成本低，使得该技术有望成为下一代光伏发电的关键技术。然而，钙钛矿晶体中存在的缺陷态会引起电荷的非辐射复合，从而降低钙钛矿太阳能电池的性能。根据缺陷态的形成能可分为深能级缺陷和浅能级缺陷，其中，深能级缺陷捕获的载流子不易逃脱热激活，而是通过基于Shockley-Read-Hall理论的非辐射复合与相反载流子重新结合；而浅能级缺陷因钙钛矿材料的离子性质可加速离子迁移，影响器件性能。因此，抑制钙钛矿晶体中的缺陷态对接近效率的辐射极限的提高以及保证器件运行稳定性至关重要。

添加剂是抑制钙钛矿晶体缺陷态的有效钝化剂，如路易斯酸、路易斯碱、铵盐、离子液体、阳离子、阴离子、两性离子等物质。

其中，路易斯酸可有效钝化Pb-I反位缺陷和未配位I离子，或通过接受孤对电子来抑制离子在晶界的迁移。CN113161487A公开了一种易于放大的钙钛矿表面钝化工艺，包括以下步骤：S1：取第一基底玻璃，并在第一基底玻璃上依次制备第一电极、电子传输层和钙钛矿层；S2：取第二基底玻璃，在所述第二基底玻璃上依次制备第二电极及空穴传输层，随后在空穴传输层上制备钝化层；S3：用热压法将步骤S1和S2中制备的半成品钙钛矿器件通过高温压制在一起，且钙钛矿层和钝化层相互贴合，形成最终完整的钙钛矿器件，该工艺能够将小器件使用到的钙钛矿表面钝化工艺成功放大到大组件的制备中，减少钝化层的溶液对钙钛矿的破坏，提高器件效率及稳定性；并且使钝化工艺中采用的溶剂不受太多限制，拓展了其选择范围。

路易斯碱则是通过提供孤对电子钝化未配位Pb离子或金属Pb团簇；阳离子和铵盐通过与缺陷的离子或氢键和静电相互作用来钝化负电荷缺陷，如未配位I^-、Pb-I反位缺陷和阳离子(MA⁺)空位，而阴离子则钝化正电荷缺陷，如未配位Pb²⁺离子和I空位。CN113013333A公开了一种多活性位点配体分子在钙钛矿太阳能电池中的应用及器件的制备方法，该多活性位点配体分子为同时含有N、O和S电子供体的路易斯碱分子，将多活性位点配体分子用于修饰钙钛矿吸光层与空穴传输层之间的界面，能够有效钝化钙钛矿的界面缺陷与释放界面应力，从而保证制备的钙钛矿薄膜具有高的质量，以最大限度地减少界面非辐射复合损失，显著提升钙钛矿太阳能电池的功率转换效率和长期稳定性。

然而，包括上述现有技术以及其他目前报道的钙钛矿薄膜的钝化剂中均仅含有单一官能团，进而只可钝化一种缺陷位点，无法同时钝化多个缺陷位点，所以钝化程度有限，制备得到的钙钛矿薄膜仍具有较高的缺陷态密度。

因此，开发一种能同时钝化多个缺陷位点的双钝化钙钛矿薄膜，是本领域接续解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种双钝化钙钛矿薄膜、太阳能电池及其制备方法和应用，所述双钝化钙钛矿薄膜的材料包括钙钛矿，且所述钙钛矿经过带有吡啶官能团和羧酸官能团的化合物钝化处理得到；进而使得所述双钝化钙钛矿薄膜具有低缺陷态密度以及高质量，可以抑制非辐射复合，进一步可以提高器件的光电转换率和发光效率。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：