[发明专利]多活性位点配体分子在钙钛矿太阳能电池中的应用及器件的制备方法

说明书

本发明涉及多活性位点配体分子在钙钛矿太阳能电池中的应用及器件的制备方法，属于光电材料与器件技术领域。该多活性位点配体分子为同时含有N、O和S电子供体的路易斯碱分子，将多活性位点配体分子用于修饰钙钛矿吸光层与空穴传输层之间的界面，能够有效钝化钙钛矿的界面缺陷与释放界面应力，从而保证制备的钙钛矿薄膜具有高的质量，以最大限度地减少界面非辐射复合损失，显著提升钙钛矿太阳能电池的功率转换效率和长期稳定性。该多活性位点配体分子能够促进PSC的商业化进程。

技术领域

本发明属于光电材料与器件技术领域，具体涉及多活性位点配体分子在钙钛矿太阳能电池中的应用及器件的制备方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池(PSC)因其成本低、带隙可调、载流子扩散长度长、摩尔吸光系数高、可溶液加工、可柔性制备、功率转换效率(PCE)高等优点，受到学术界和工业界的广泛关注。迄今为止，单结PSC已经实现了25.5％的记录认证效率。最近，钙钛矿/硅串联太阳能电池已经实现了29.15％的认证效率。尽管单结和叠层太阳能电池都获得了较高的PCE，但差的长期运行稳定性仍然阻碍了其大规模商业应用。PSC的稳定性与各个功能层和界面密切相关。钙钛矿吸光材料通常采用化学式ABX₃，其中A为一价阳离子(如甲铵(MA⁺)、甲脒(FA⁺)、Cs⁺、Rb⁺)，B为二价金属阳离子(如Pb²⁺、Sn²⁺)，X为一价阴离子(如I^-、Br^-、Cl^-)。过去几年，人们已经开发了各种各样的策略来提高钙钛矿薄膜的质量从而抑制体相载流子非辐射复合，如成分工程、前驱体溶剂工程、添加剂工程等。鉴于有机无机杂化钙钛矿材料的软离子特性，钙钛矿薄膜在快速结晶和高温退火过程中在其内部和表界面不可避免地会产生大量缺陷，其中，大多数体缺陷是点缺陷，通常是浅层缺陷，而大多数界面缺陷(如晶界缺陷、表面缺陷、沉淀缺陷等)是深能级缺陷，会造成器件性能损失。据报道，多晶钙钛矿薄膜的界面显示出比薄膜内部大1-2个数量级的陷阱密度。因此，界面非辐射复合损失占主导地位。界面深能级缺陷和从体相迁移到表面的离子所俘获的载流子会累积在界面，从而导致电荷积累、能带弯曲、能级排列改变及界面非辐射复合，最终破坏器件性能。因此，通过界面工程来减小界面非辐射复合损失显得尤为重要。

目前，人们已经开发了各种各样的分子来钝化和修复界面缺陷，如路易斯酸分子、含有N、O、S和P电子供体的路易斯碱分子、同时含有阳离子和阴离子的盐(如有机铵盐、无机金属卤化物盐、离子液体、内盐等)、二维钙钛矿、量子点(QDs)等。其中，路易斯碱分子被证明是一种界面缺陷钝化的有效方法。这种缺陷钝化是通过路易斯碱分子中的电子给体原子与界面未配位的铅缺陷(卤素空位)之间的配位作用来实现的。然而，大多数钝化分子只含有一个能与未配位的Pb发生化学作用的活性位点(N、O或S电子供体)。即使报道的一些分子(如聚合物)具有多个活性位点，但由于较大的空间位阻，不同活性位点也很难同时参与钝化缺陷。为了最大限度地发挥Lewis碱缺陷钝化剂的潜力，有必要通过合理设计和调控策略来开发多活性位点钝化分子，以最大限度减少界面非辐射复合损失。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供多活性位点配体分子在钙钛矿太阳能电池中的应用；目的之二在于提供一种钙钛矿太阳能电池；目的之三在于提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、多活性位点配体分子在钙钛矿太阳能电池中的应用，所述多活性位点配体分子为同时含有N、O和S电子供体的路易斯碱分子，所述多活性位点配体分子用于修饰钙钛矿吸光层与空穴传输层之间的界面。

优选地，所述多活性位点配体分子为下述化合物中的任一种：