[发明专利]一种提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的方法及钙钛矿太阳能电池

说明书

本发明公开了一种提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的方法及钙钛矿太阳能电池。通过在制备钙钛矿吸光层的反溶剂中添加少量的疏水有机小分子提高了钙钛矿太阳能电池的效率和未封装条件下在空气中的稳定性。本发明提供的钙钛矿太阳能电池根据结构的不同，分为正式和反式两种，其钙钛矿吸光层均为ABX₃结构。结果表明，在反溶剂中添加的小分子为结构中含有噻吩结构单元，或含有S,N,O元素中任何一种原子的的共轭有机小分子，在两种器件结构中都可以起到减少钙钛矿层的晶界和表面缺陷的作用，最终达到提高钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性的目的。

技术领域

本发明属于光电功能材料与器件技术领域，具体涉及一种基于有机小分子界面钝化策略提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的方法及钙钛矿太阳能电池。

背景技术

随着化石能源的短缺和环境污染问题日益严重，将清洁并且可持续的光能高效转化为太阳能成为科学家关注的问题。目前在太阳能电池领域中，以硅为代表的无机半导体材料已经实现产业化，但是其制备成本普遍偏高，生产过程中会对环境产生污染问题，并且不利于制备成柔性器件，已经不能满足市场要求。

可通过溶液加工，利用roll-to-roll技术实现清洁，高效，批量大规模生产的太阳能电池，是未来技术发展的方向。具有代表性的可溶液加工的太阳能电池主要有燃料敏化电池，有机太阳能电池，量子点敏化电池和有机-无机杂化电池。有机-无机钙钛矿太阳能电池作为有机-无机杂化电池中的重要分支，近年来得到迅猛的发展。自2009年以来，Miyasaka等人，首先研究了基于CH₃NH₃PbI₃的液体染料敏化太阳能电池(DSC)，功率转换效率(PCE)约为3.8％，在不到十年的时间内，钙钛矿太阳能电池(PSC)的最高功率转换效率(PCE)已达到23.2％(N.J.Jeon,H.Na,E.H.Jung,T.-Y.Yang,Y.G.Lee,G.Kim,H.-W.Shin,S.Il Seok,J.Lee,J.Seo,Nature Energy,2018,3,682.)。已经接近硅电池的光电转化效率，与传统硅电池相比，钙钛矿太阳能电池具有制作工艺简单、成本低、尺寸能够任意定制等优点，成为最有潜力的太阳能电池，具有很好的产业化前景。

虽然目前钙钛矿太阳能电池的相关研究和报道较多，但目前钙钛矿太阳能电池仍面临着一系列亟待解决的问题，其中稳定性是其核心问题，为了推进钙钛矿太阳能电池的PCE接近Shockley Queisser限制，有必要进一步研究消除钙钛矿吸收剂中的缺陷问题，在提高效率的同时提高器件的稳定性。因此，对钙钛矿薄膜层缺陷的控制，是当前一个重要的挑战和机遇。通过研究对钙钛矿薄膜缺陷的控制与稳定性之间的关系，有助于解决钙钛矿太阳能电池的稳定性的问题。从而使钙钛矿太阳能电池向大规模商业化生产迈出关键一步。

科研工作者现在已经成功的从钙钛矿薄膜的缺陷特性和控制缺陷密度的现有方法，包括大尺寸晶体的生长，光固化方法，晶界和表面钝化，以及基板的改性来提高器件的稳定性。为了修补钙钛矿薄膜的缺陷，本发明提供了一种用有机小分子界面钝化策略提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性能的方法，通过在制备钙钛矿吸光层的反溶剂中添加少量的疏水有机小分子提高了钙钛矿太阳能电池的效率和未封装在空气中的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的技术问题，提供提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的方法及钙钛矿太阳能电池。

本发明技术方案为：

一种提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的方法，在制备钙钛矿吸光层的反溶剂中添加一定量的疏水有机小分子，提高钙钛矿太阳能电池的效率和未封装条件下在空气中的稳定性；所述疏水有机小分子的结构为共轭结构；所述疏水有机小分子结构式为：

具体步骤如下：