[发明专利]钙钛矿、其制备方法及包括钙钛矿的太阳能电池

说明书

本发明提供了一种由下式1所示的钙钛矿和包括该钙钛矿的电子元件，其中两种或更多种的阳离子和阴离子混合，与包括单一种类的阳离子和阴离子的传统钙钛矿薄膜相比，本发明的钙钛矿能够显示出改善的结构稳定性和电化学性质。[式1][A_aB_bC_c]Pb[X_dY_eW_f]，其中，A、B和C各自独立地为有机或无机阳离子；X、Y和W各自独立地为作为卤素离子F^‑、Cl^‑、Br^‑或I^‑；a、b和c满足a+b+c＝1，0.05≤a≤0.95，0≤b≤0.95，且0≤c≤0.95的关系；并且，d、e和f满足d+e+f＝3，0.05≤d≤3，0≤e≤2.95和0≤f≤2.95的关系，条件是当b和c同时为0时，e和f不同时为0，当e和f同时为0时，b和c不同时为0。

技术领域

本发明涉及钙钛矿，更具体地涉及含有两种或更多种阴离子和两种或更多种阳离子经混合以改进结构稳定性的钙钛矿。本发明还涉及制备钙钛矿的方法。

背景技术

用于钙钛矿太阳能电池光吸收层的传统钙钛矿(CH₃NH₃PbI₃)材料通过溶液旋涂工艺形成薄膜，这实现了高效率(≥15％)。通过本领域已知的简单旋涂工艺形成的薄钙钛矿吸收层具有较低的均匀性和质量，使得它难以超高效率(≥19％)来制造太阳能电池。超高效率(≥19％)制造太阳能电池需要通过改进钙钛矿光吸收层的均匀性和质量，来生产具有高密度和优异结晶度的钙钛矿光吸收层的方法。

自从报道了利用MAPbI₃(MA＝CH₃NH₃)和螺(spiro)-MeOTAD克服MAPbI₃在液态电解质中的溶解问题的9.7％固态钙钛矿太阳能电池以来，由于简单的制造程序以及在介观结构和平面结构中都具有卓越的光伏性能，钙钛矿太阳能电池研究出现了激增。因此，201.1％的功率转换效率(PCE)得到了美国国家可再生能源实验室(NREL)的认证。

可使用一步涂覆法或连续两步涂覆法，来制备钙钛矿太阳能电池的MAPbI₃层。据报道，通过两步涂覆法制备的装置的光伏性能优于单步涂覆法。

发明内容

技术问题

本发明旨在提供：一种具有新型结构的钙钛矿，其可用于形成稳定性优于现有钙钛矿薄膜的钙钛矿薄膜；一种制备该钙钛矿的方法；和，一种使用该钙钛矿的超高效的钙钛矿太阳能电池。

技术方案

本发明的一个方面提供了由式1表示的钙钛矿：

[A_aB_bC_c]Pb[X_dY_eW_f] (1)

其中A、B和C可以彼此相同或不同，各自独立地为有机或无机阳离子；X、Y和W可以彼此相同或不同，各自独立地为作为卤素离子F^-、Cl^-、Br^-或I^-；a、b和c满足a+b+c＝1，0.05≤a≤0.95，0≤b≤0.95，且0≤c≤0.95的关系；并且，d、e和f满足d+e+f＝3，0.05≤d≤3，0≤e≤2.95和0≤f≤2.95的关系，条件是当b和c同时为0时，e和f不同时为0，当e和f同时为0时，b和c不同时为0。

本发明的另一方面提供了由式5表示的加合化合物：