[发明专利]一种多功能三苯胺分子表面钝化钙钛矿薄膜的方法

说明书

本发明公开了一种利用多功能三苯胺分子钝化钙钛矿表面的方法。以N‑(4‑(N，N，N‑三苯基)苯乙基)溴化铵(TPA‑PEABr)作为表面钝化分子，可以将钙钛矿太阳能电池(PSCs)的效率从16.69％提高到18.15％，主要原因是修饰后的开路电压(Voc)由1.02V提高到1.09V。在引入TPA‑PEABr之后，缺陷态密度降低，TPA‑PEABr的轨道能级和空穴传输层的能级更加匹配。此外，由于TPA‑PEABr的疏水性，经TPA‑PEABr钝化的PSCs的稳定性有了很大的提高。因此,通过简单的旋涂过程将多功能TPA‑PEABr分子插入钙钛矿层与空穴传输层之间，得到具有低缺陷密度，能级更加匹配，稳定性更好的PSCs。本发明为设计表面钝化分子提出了新思路。

技术领域

本发明涉及钙钛矿太阳能电池的开发与利用领域，具体内容涉及一种通过多功能三苯胺分子钝化钙钛矿表面，提高钙钛矿太阳能电池光电转换效率及稳定性的方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池(PSCs)的研究在短短十年间取得了举世瞩目的伟大成就，其光电转换效率(PCE)已经突破25％。这种显著的进展是由于钙钛矿材料优异的光电特性：优良的光吸收系数(≈10⁵cm^-1)、低激子结合能(＜100m eV)、长载流子扩散长度(＞1μm)、以及简单的溶液法制备PSCs工艺。但是，溶液法制备钙钛矿薄膜，在晶界和界面处会出现不可忽略的缺陷。这些缺陷的存在导致晶体质量的降低，从而影响载流子输运，影响PSCs的稳定性和PCE。

界面工程被广泛用于改善PSCs的性能。烷基卤化铵盐作为钙钛矿合成的原料之一，是一种可以用来提高器件性能的常用界面修饰材料。这种材料对晶界和界面的阴、阳离子缺陷具有全面的钝化作用。文献“Surface passivation of perovskite film forefficient solar cells”(Nat.Photonics 2019,13,460)报道了苯乙胺氢碘酸盐(PEAI)在甲脒复合钙钛矿表面钝化中的应用。结果表明，在钙钛矿表面引入PEAI可以减少缺陷和抑制非辐射复合，从而获得认证效率为23.32％的平面型PSCs。除了缺陷之外，在钙钛矿/传输层界面处的能级匹配也有助于改进电荷提取、减少载流子复合，因此在钙钛矿材料和传输层之间引入一层缓冲层对提高电池效率也很有意义。文献“Sulfur-annulatedperylenediimide as an interfacial material enabling inverted perovskite solarcells with over 20％efficiency and high fill factors exceeding 83％”(J.Mater.Chem.A,2019,7,21176-21181)将全氟苝二酰亚胺(PDI)用作钙钛矿层和C₆₀电子传输层之间的界面材料。利用PDI衍生物良好的电子提取和输运性质，改善了电荷传输，减少了载流子复合。得到了填充因子(FF)高达83.6％，PCE为20.41％的平面倒置型PSCs。

基于此，本发明将含有三苯胺(TPA)和氨基官能团(-NH⁺₃)的小分子作为表面钝化材料。该分子既能达到表面钝化效果，又能匹配空穴传输层的能级起到缓冲层作用。此外，由于TPA具有疏水性质，所以经钝化后器件稳定性也得到一定提升。因此，本工作为制备高性能PSCs提供了一种用于钙钛矿薄膜修饰的多功能小分子的设计策略。

发明内容

本发明提出了一种将含有TPA和-NH⁺₃的小分子应用于钙钛矿表面的钝化方法。其特征是该分子中含有可以与钙钛矿表面相互作用达到钝化效果的-NH⁺₃，又含有一个可以和空穴传输层能级匹配且具有疏水性质的TPA。根据本发明将经其修饰的钙钛矿薄膜组装成电池，PSCs的PCE及稳定性均得到显著提高。

本发明包括如下步骤：

步骤一：将ITO玻璃用去离子水、丙酮、异丙醇依次超声处理10分钟，将其用氮气吹干并等离子处理15分钟。