[发明专利]含长碳氟链的邻苯二酚锚固分子钝化钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了含长碳氟链的邻苯二酚锚固分子钝化钙钛矿太阳能电池及其制备方法，利用酰胺化反应合成含有邻苯二酚钝化基团和长碳氟链的锚固分子；在导电玻璃基底上旋涂钙钛矿前驱体，形成中间相薄膜，将锚固分子的反溶剂溶液引入到中间相薄膜中形成经锚固分子修饰的钙钛矿薄膜，制备空穴传输层，蒸镀金属电极，得钙钛矿太阳能电池。本发明通过一步酰胺化反应合成了锚固分子，在钙钛矿层晶界和表面引入含功能性基团和长碳氟链的锚固分子，钝化了钙钛矿体相的缺陷，减少了光生载流子的非辐射复合，并促进其在界面的提取和传输，增强了器件的抵抗水氧能力。与未经修饰的钙钛矿太阳能电池相比，功率转化效率提高，湿度稳定性大幅改善。

技术领域

本发明涉及钙钛矿基光电器件技术领域，具体涉及一种含长碳氟链的邻苯二酚锚固分子钝化钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

实现高性能、高使用稳定性、低重复生产成本的钙钛矿太阳电池是一直以来研究者们的一致追求，然而有机无机杂化钙钛矿材料所面临的湿度稳定性差和载流子界面/晶界复合等问题仍无法得到根本解决，进而制约了钙钛矿电池效率的进一步提高，阻碍了其实用化进程。针对钙钛矿太阳能电池器件的优化大多集中于以下方面：1）改善结晶性（以减少缺陷）；2）实现缺陷钝化（以抑制载流子复合）；3）实施界面工程（引入疏水层和载流子选择性隔离层）。目前，许多研究工作通过分子设计与合成来结合界面工程/缺陷钝化/结晶性改善以实现对钙钛矿太阳能电池器件性能的多维调控；然而，受限于分子设计与合成的难度，结构越复杂的分子合成产率越低，而获得较为容易的工业产物所能实现的功能调控较少，这是这一领域长期以来亟待突破的难题。因此，通过高效、简洁、一步法的多功能性分子合成来实现对电池器件的结晶性改善、缺陷钝化、界面修饰等多维调控是制备高性能、高使用稳定性、低重复生产成本的钙钛矿太阳能电池的关键。

发明内容

本发明针对钙钛矿本身大量的无序结构、表面带电缺陷及水氧稳定性差等因素，提供一种含长碳氟链的锚固分子钝化钙钛矿太阳能电池的制备方法。

本发明的目的之一是提供一种含长碳氟链的邻苯二酚锚固分子钝化钙钛矿太阳能电池，包括导电玻璃基底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层以及金属电极，其特征在于，所述钙钛矿层为含长碳氟链的邻苯二酚锚固分子分布于钙钛矿晶界和表面后形成的复合层；

所述含长碳氟链的邻苯二酚锚固分子是以含邻苯二酚基团的胺类化合物和全氟烷基酸为原料，通过酰胺化反应合成。

较佳地，含邻苯二酚基团的胺类化合物为多巴胺、甲基多巴胺、5-羟基多巴胺中的一种。

较佳地，全氟烷基酸为：全氟烷基己酸、全氟烷基庚酸、全氟烷基辛酸、全氟烷基壬酸、全氟烷基癸酸，全氟己基乙酸、全氟庚基乙酸、全氟辛基乙酸、全氟壬基乙酸、全氟癸基乙酸中的一种。

本发明的目的之二是提供上述含长碳氟链的邻苯二酚锚固分子钝化钙钛矿太阳能电池的制备方法包括以下步骤：

S1、将含有邻苯二酚结构的伯胺化合物和全氟烷基酸在溶剂中溶解，加入脱水剂二环己基碳二亚胺（DCC）和二甲氨基吡啶（DMAP），反应后分离提纯即可得到含长碳氟链的邻苯二酚锚固分子；

S2、称量含长碳氟链的邻苯二酚锚固分子粉末溶解在反溶剂中，搅拌溶解均匀；过滤后，溶解在反溶剂中配制成锚固分子-反溶剂溶液；

S3、在覆盖有电子传输层的导电玻璃基底上旋涂钙钛矿前驱体溶液，形成中间相薄膜，旋涂过程中将S2中制备的锚固分子-反溶剂溶液引入到中间相薄膜中，热处理后形成锚固分子分布于钙钛矿晶界和表面的复合层，即为所述钙钛矿层；

在所述钙钛矿层上通过旋涂制备空穴传输层，然后在空穴传输层上蒸镀形成金属电极，即制备得到含长碳氟链的邻苯二酚锚固分子钝化钙钛矿太阳能电池。

较佳地，步骤S1中的反应温度为室温，反应时间为24小时。

较佳地，S2中所述所述反溶剂为氯苯、甲苯、氯仿、乙酸乙酯中的一种。