[发明专利]一种提高钙钛矿太阳能器件光电转换效率和稳定性的方法

说明书

本发明属于提高器件光电转换效率和稳定性的方法，具体涉及利用一种N杂稠环钝化剂通过π‑Pb²⁺相互作用降低有机‑无机杂化钙钛矿薄膜缺陷密度和表面电势，并使钙钛矿材料能带弯曲、提高电荷攫取效率的方法。在制备有机‑无机杂化钙钛矿薄膜过程中于反溶剂中加入添加剂，并在形成的有机‑无机杂化钙钛矿薄膜表面附着和聚集。本发明通过在钙钛矿薄膜中引入N杂稠环有机小分子，有效钝化了钙钛矿薄膜的缺陷，提高了薄膜和相应器件的稳定性；所采用的材料成本较低，在工艺上容易实现。

技术领域

本发明属于提高钙钛矿电池器件光电转换效率和稳定性的方法，具体涉及利用一种N杂稠环钝化剂通过π-Pb²⁺相互作用降低有机-无机杂化钙钛矿薄膜缺陷浓度和表面电势，并使钙钛矿材料能带弯曲、提高电荷提取效率的方法。

背景技术

金属卤化物钙钛矿材料具有高吸光系数、可调节的禁带宽度、载流子扩散长度较长的特点。这种材料具有光电效应，将光能转变为电能。制成的太阳能电池器件有希望成为可靠的能源供应器件。近年来，已有大量研究致力于钙钛矿电池，将光电转换效率从2009年的3.8％提高至2020年的25.5％，并因此成为了光伏领域的强有力的竞争者。根据Schockley-Queisser极限，对于单节钙钛矿太阳能电池而言，理论最高光电效率约为30％，故眼下仍然有一定的效率提升空间。然而钙钛矿材料存在较多的固有缺陷，且器件中不同材料的交界面往往存在能带或能级不匹配的现象，这就使得电池内部存在大量的电荷复合及低效的电荷攫取，限制了钙钛矿电池的发展。

如今已开发多种策略削弱上述不利因素。其中化学掺杂被认为是行之有效的手段，既可调节Fermi能级位置，又可提升电荷传输能力，由此制备出了一系列高效器件。譬如，PCBM通常被用作电子传输层，但Wu等人将它经反溶剂引入FA_0.85MA_0.15Pb(I_0.85Br_0.15)₃，形成了渐变式异质结，在提高了光电子收集能力的同时减少了电荷复合损失。另外，CuI-硫脲配合物被用于钝化MAPbI_xCl_3-x钙钛矿中的陷阱态、延展固有异质结的耗散区，使器件空穴传输性能提升、电荷复合减少。最近，Huang课题组将F4TCNQ掺杂进MAPbI₃中，改变了钙钛矿材料的功函，同样使器件空穴传输性能提升并因此提升了器件性能。鉴于以上报道的工作，我们开发合成了一种新的有机小分子。该添加剂降低了钙钛矿薄膜的表面电势、提高了功函，引发了能带弯曲，促进了空穴提取，减少了界面处的电荷复合。

发明内容

本发明的目的是提高钙钛矿太阳能器件光电转换效率和稳定性的方法。

为实现上述目的，本发明采用技术方案为：

有机-无机杂化钙钛矿前驱体在旋涂一段时间后，将溶有添加剂的氯苯喷涂在膜上，后于其表面形成添加剂附着和聚集。

其中，采用的添加剂为一种咪唑并吲哚嗪衍生物，学名为1-(4-bromophenyl)-6,7-diphenylimidazo[5,1,2-cd]indolizine，简称PDPII。

优选：

将所需组分按比例混合，加入DMSO/DMF混合溶剂，充分搅拌至完全溶解，形成FA_0.85MA_0.15Pb(I_0.85Br_0.15)_3-xCl_x前驱体溶液。之后旋涂制备钙钛矿薄膜，对照组所用的氯苯反溶剂中不含添加剂，实验组中含有不同浓度的添加剂。所得中间体膜再进行热处理。

所述添加剂于反溶剂氯苯中的摩尔浓度为0.2到5mmol/L。

所述薄膜的热处理温度为100℃。

再优选为：