[发明专利]一种多功能添加剂修饰的倒置钙钛矿太阳能电池

说明书

本发明为一种多功能添加剂修饰的倒置钙钛矿太阳能电池。该电池的结构从上到下由底电极、空穴传输层、修饰层、钙钛矿光吸收层、电子传输层、缓冲层和对电极组成；所述修饰层材质为PEAI、Cl‑PEAI、F‑PEAI中的一种或两种；所述钙钛矿光吸收层为含有2‑肼基苯并噻唑修饰的钙钛矿，钙钛矿活性层中2‑肼基苯并噻唑的掺杂量为0.01‑10wt％。本发明有效提高了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率，表现出优异的光电转换性能，具有广阔而良好的应用前景。

技术领域

本发明属于新型光伏太阳能电池领域，具体涉及多功能添加剂修饰的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

以石油为代表的“能源危机”的到来使人类认识到了常规能源的局限性、有限性和不可再生性。与此同时，使用化石能源造成的环境污染和气候问题也日益严峻。太阳能源取之不尽、用之不竭，且清洁无污染、不存在运输问题，因此太阳能源有望成为未来能源的主要形式。金属卤化物钙钛矿具有光电系数高、载流子迁移率高、电荷扩散长度长等独特的优点，是制备太阳能电池的理想材料。其制备的钙钛矿太阳能电池具有制备工艺简单、光学性能好、可低温柔性制备等优点。自2009年制备出的第一块电池至今，钙钛矿太阳能电池的认证光电转换效率已超过25％，有望实现商业化。

目前为止，钙钛矿太阳能电池商业化所面临的最主要问题就是钙钛矿太阳能电池的稳定性问题。现在广泛使用的基于溶液加工方法制备的钙钛矿薄膜在制备过程中会不可避免产生一定的缺陷。这些缺陷是引起的非辐射复合损耗是钙钛矿薄膜效率和稳定性损失的主要原因。这些缺陷还可以充当电荷复合中心，导致严重的能量损失，从而降低器件效率。同时，这些陷阱状态也为水分和氧气渗透到钙钛矿层中创造了条件，从而严重地降低了器件的稳定性。因此，许多研究都集中在调节钙钛矿结晶，减少缺陷提高薄膜质量上。寻求一种有效的方法来减少钙钛矿薄膜的缺陷，进而提高钙钛矿太阳能电池的效率与稳定性具有重要的研究意义。添加剂工程被认为是减少缺陷密度最有效的策略之一。

钙钛矿中的有机阳离子和PbI₂在退火时快速结晶过程中的具有不稳定性，这会导致在钙钛矿薄膜晶界和表面上产生低配位Pb²⁺。这些低配位的Pb²⁺在钙钛矿薄膜中充当非辐射复合中心，并显著恶化钙钛矿器件的光伏性能。此外，钙钛矿前驱体溶液中的I^-很容易被氧化为I₂，生成的I₂也是造成非辐射复合中心的一大罪魁祸首，所以加入还原性物质抑制I₂来减少非辐射复合对提高器件性能来说也非常重要。添加剂工程被认为是减少缺陷密度最有效的策略之一。例如，在钙钛矿前驱体溶液中掺入具有S供体的硫脲来调节钙钛矿多晶薄膜的缺陷分布。在公开号为CN 108987583 A的专利中，介绍了向钙钛矿前驱体溶液中掺杂含有S和N供体的噻唑添加剂，通过调控钙钛矿成核结晶的微观环境延缓晶体生长，有效抑制钙钛矿中的体缺陷。但是这些研究中都只是添加了含有孤对电子S或N、可以充当路易斯碱的钝化分子，仅仅是钝化了低配位的Pb²⁺，并没考虑到I₂的影响，起到的作用相对来说比较单一。

发明内容

本发明针对当前研究中钝化钙钛矿薄膜缺陷的添加剂钝化缺陷种类少、钝化作用单一的问题，提供的是一种多功能添加剂修饰的倒置钙钛矿太阳能电池及其制备方法。该方法通过利用2-肼基苯并噻唑中的肼官能团有效地将钙钛矿前驱体溶液中氧化为I₂的I^-还原。此外，其分子结构中的孤对电子可以与钙钛矿薄膜中低配位的Pb²⁺加和形成路易斯加和物来钝化缺陷；疏水性苯环可以增加薄膜的疏水性，增强了薄膜和器件的水分稳定性。因此，在钙钛矿前驱体溶液中加入2-肼基苯并噻唑添加剂可以大大提高钙钛矿薄膜结晶质量，钝化多种缺陷，减少薄膜中非辐射复合中心的产生，抑制了载流子的非辐射复合的同时显著提高了器件对湿度的抵抗力，改善了器件的效率与稳定性。本发明有效提高了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率，表现出优异的光电转换性能，具有广阔而良好的应用前景。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：