[发明专利]一种具有阴阳离子协同效应的添加剂CuSCN在钙钛矿太阳能电池吸光层中的应用

说明书

本发明涉及一种具有阴阳离子协同效应的添加剂CuSCN在钙钛矿太阳能电池吸光层中的应用，属于光电子材料与器件领域。该发明将硫氰酸铵为添加剂，按照质量比0％、5％、10％、13％添加到钙钛矿的前驱体溶液中，利用反溶剂法形成反向结构钙钛矿太阳能电池的钙钛矿薄膜，用作反向结构钙钛矿太阳能电池的吸光层。

技术领域

本发明是一种以CuSCN为添加剂添加在钙钛矿前驱体溶液中，及以此溶液制备的钙钛矿薄膜(吸光层)在钙钛矿太阳能电池中的应用，尤其添加剂的阴离子和金属阳离子之间具有协同效应，属于光电子材料与技术领域。

背景技术

随着社会的不断发展，能源危机以及传统化石能源带来的环境问题越来越受到人们的重视，拓展环境友好型以及可再生能源迫在眉睫。太阳能作为可再生并且清洁的资源受到人们的关注，其中，发展太阳能电池是利用太阳能的重要途径之一。目前主要广泛应用的是硅基太阳能电池，但是硅基太阳能电池制造成本较高，能耗比较严重，大大限制了硅基太阳能电池的大规模应用。

最新发现，新兴的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池具有宽吸收、制造简单、低成本、可柔性制备的特点迅速受到了世界瞩目，自2009年问世到2017年，短短几年光电转化效率以惊人的速度从3.8％提升到了22.7％，已经可以与硅基电池媲美。在钙钛矿太阳能电池的结构中钙钛矿层起主要作用。钙钛矿层的形貌是影响钙钛矿层的重要因素，在钙钛矿的前驱体溶液中加入添加剂是提高钙钛矿薄膜形貌质量的最简单有效的方法。目前已报道的添加剂种类主要有聚合物、溶剂、富勒烯、纳米粒子、金属卤化物盐、无机酸、有机卤化物盐等，但是这些添加剂或致力于改善薄膜质量，或致力于提高薄膜或器件稳定性，不能用一种添加剂同时改善薄膜形貌和薄膜或器件稳定性。本发明中以CuSCN为添加剂的作用是可以用一种添加剂同时提高薄膜质量例如，增加薄膜表面的光滑性，增大晶粒尺寸，提高薄膜覆盖率，钝化钙钛矿晶界，减少钙钛矿薄膜针孔；提高钙钛矿器件效率。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提出一种针对应用于钙钛矿太阳能电池中薄膜质量差，薄膜或器件稳定性差，功率效率低，采用在钙钛矿前驱体溶液中添加适量具有阴离子和金属阳离子之间有协同效应的CuSCN为添加剂，从而提高钙钛矿太阳能电池的钙钛矿层薄膜质量，薄膜和器件的稳定性以及器件的效率。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：

一种具有阴离子和金属阳离子协同效应的添加剂在钙钛矿太阳能电池吸光层中的应用

(1)一种阳离子改善钙钛矿薄膜质量，钝化钙钛矿晶界；

(2)一种阴离子加固钙钛矿的结构，使其更加稳定；

(3)使用CuSCN添加剂同时含有(1)(2)所述阴阳离子，且两种离子可以同时增加钙钛矿薄膜的质量和稳定性，钙钛矿晶界被较好的钝化，晶粒尺寸增大且分布均匀，薄膜表面更加光滑，针孔减少，配置添加剂CuSCN摩尔含量为≤13％的钙钛矿前驱体溶液；

其中钙钛矿太阳能电池采用倒置结构即ITO/空穴传输层/钙钛矿吸光层/电子传输层/金属电极。

优选的，(1)Cu⁺在钙钛矿形成过程中促使形成大晶粒形态的钙钛矿晶粒，钝化晶界，改善钙钛矿薄膜质量；

(2)SCN^-与钙钛矿结构中的Pb²⁺配位，与H形成氢键，这可以加固钙钛矿的结构，使其更加稳定。

优选的，配置添加剂CuSCN摩尔含量为10％的钙钛矿前驱体溶液，并将其置于磁力搅拌器上常温下搅拌12h。

优选的，所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法：

所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法：