[发明专利]一种钙钛矿薄膜、其制备方法和钙钛矿太阳能电池

说明书

本发明提供了一种钙钛矿薄膜、其制备方法和钙钛矿太阳能电池。所述钙钛矿薄膜，包括钙钛矿薄膜本体和覆盖在所述钙钛矿薄膜本体表面的钝化层，所述钝化层具有如式Ⅰ或式Ⅱ所示的结构，通过引入钝化层，可以钝化钙钛矿薄膜表面及晶界的缺陷。同时，可以隔离钙钛矿薄膜与水汽、氧气的接触，抑制钙钛矿的降解。所述钙钛矿薄膜可以用于制备钙钛矿太阳能电池，有效提升太阳能电池的光电转化效率，并提升其工作稳定性。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种钙钛矿薄膜、其制备方法和钙钛矿太阳能电池。

背景技术

近些年来，钙钛矿太阳能电池发展迅猛，受到学术界和产业界的广泛关注。其中，以有机-无机杂化体系为代表的金属卤化物钙钛矿太阳能电池因其非凡的光电特性而得到了快速的发展，然而，其器件性能可能会受到不良的表面特性的限制，阻碍载流子传输和诱导复合，使得钙钛矿薄膜中存在大量的缺陷，这些缺陷会充当非辐射复合中心，从而对钙钛矿太阳能电池的性能和稳定性造成不利影响。目前，通过减少和钝化钙钛矿薄膜中的缺陷，是降低非辐射复合损失和抑制界面退化，以提升钙钛矿太阳能电池光电性能和稳定性的主要策略。

对于传统半导体(例如元素半导体和III-V半导体)，通过共价键将功能基团与半导体的表面原子相结合实现表面功能化，可以使得表面的电子性质更加良性，以减少复合和散射。然而，杂化钙钛矿太阳能电池中的化学键是离子键，表面缺陷水平通常比传统共价半导体中发现的要高得多，因此，这些结构需要不同的表面功能化方法，常见的钝化手段可大致归纳为以下三大类：(1)掺杂阴离子或金属阳离子钝化钙钛矿薄膜中的内点缺陷来增强钙钛矿层在工作条件下的稳定性；(2)通过引入烷基卤化物、路易斯酸碱或带有N-H和羰基的小分子钝化有机阳离子或卤化物空位，提高钙钛矿层及与其相关的界面稳定性；(3)引入宽带隙材料钝化钙钛矿薄膜与电荷传输层之间的界面缺陷来提高工作条件下的界面稳定性。

目前，采用有机分子充当钝化剂来消除钙钛矿薄膜表面以及晶界处的深能级缺陷已成为提高钙钛矿太阳能电池光电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，无法同时降低表面和面内的缺陷，对钙钛矿太阳能电池的光电转化效率提升有限。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钙钛矿薄膜、其制备方法和钙钛矿太阳能电池。所述钝化层的引入，可以钝化钙钛矿薄膜表面及晶界的缺陷，有效提升太阳能电池的光电转化效率。同时，可以隔离钙钛矿薄膜与水汽、氧气的接触，抑制钙钛矿的降解，进而提升其工作稳定性。

为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种钙钛矿薄膜，包括钙钛矿薄膜本体和覆盖在所述钙钛矿薄膜本体表面的钝化层；

所述钝化层的结构式如式Ⅰ或式Ⅱ所示：

其中，R₁选自C、N或S，R₂或R₃独立地选自C或N，且R₁、R₂和R₃不同时为C；

R₄及其所在的碳原子与R₃成芳香环，或R₄选自C₁～C₆的烷基；

R₅或R₈独立地选自-(CH₂)_m-，m为1～6的整数；

R₆或R₇独立地选自C或N，且R₆和R₇不同时为C；

R₉选自C₁～C₆的烷基。