[发明专利]一种原位生成水、热稳定的钝化层及具有钝化层的钙钛矿太阳能电池

说明书

本发明公开了一种原位生成具有自限制效应的水、热稳定的卤化铅基有机无机杂化材料钝化层及具有钝化层钙钛矿太阳能电池的制备，通过旋涂或浸泡法在钙钛矿表面引入相应有机盐配体与钙钛矿中的碘化铅原位反应生成一层致密的水、热稳定性的钝化层材料；该反应可同时应用于钙钛矿太阳能电池正式和反式结构中，使用范围广，具有自限制效应；并且卤化铅基有机无机杂化材料的有机分子与无机网络间通过化学键，如共价键、氢键、离子键等，使得杂化配合物材料在“分子水平上”复合，在分子水平上融合两个组分优点，具有优异的钝化缺陷作用，降低非辐射复合，器件能表现出更高的开路电压和填充因子，因此具有更高的光电转换效率；且卤化铅基有机无机杂化钝化层材料由于优异的本征水、热稳定性，能明显提高钙钛矿的湿热稳定性。该方案有利于开辟一种新的钝化材料的思路，加速钙钛矿的商业化进展。

技术领域

本发明涉及钙钛矿太阳能电池材料技术领域，具体涉及一种原位生成具有自限制效应的水、热稳定的卤化铅基有机无机杂化材料钝化层及具有钝化层钙钛矿太阳能电池的制备。

背景技术

太阳能清洁、无污染、分布广并且能量充分，光伏器件因其具有安全、清洁、成本低廉等优点成为开发利用太阳能的主要对象。新型的基于有机-无机杂化钙钛矿的光伏器件的光电转换认证效率迅速达到25.5％，在未来的发展中极有可能成为新一代的光伏市场主流。

目前钙钛矿型太阳能电池的商业化主要受稳定性的限制，在钙钛矿和电荷传输层之间沉积薄界面材料的层间钝化工程是促进钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的最有效方法之一。理想的层间钝化材料应具有以下几个特点：(1)结构紧凑，形成致密覆盖层；(2)极佳的稳定性；(3)厚度薄，带隙匹配；(4)具有钝化缺陷的效果。近几年来，对二维(2D)钙钛矿、长链有机铵盐、不溶性无机盐、D-π-A分子和聚合物等几种层间材料进行了研究。然而，这些材料有些反应程度不能控制，或者不能同时满足理想层间材料的所有期望。

卤化铅基有机无机杂化材料，与钙钛矿结构相似，含有卤化铅骨架和其他有机阳离子，该材料的有机分子与无机网络间通过化学键，如共价键、氢键、离子键等，使得杂化配合物材料在“分子水平上”复合，在分子水平上融合两个组分优点而生成的一种新型材料。最近， [Pb₈I₈(H₂O₎₃]⁸⁺[^-O₂C(CH₂)₄CO₂^-]₄是一种卤代板酸盐材料，被用于光催化水分解，显示出优异的光学和电学性能。更重要的是，这种材料表现出优异的耐湿性能和较高的光化学稳定性。根据这些性质，如果能很好地沉积到一个完全覆盖的薄层中，那么将成为钙钛矿器件中层间钝化材料的理想选择。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统层间钝化材料的局限，发明一种原位生成具有自限制效应的水、热稳定的卤化铅基有机无机杂化材料钝化层及具有钝化层钙钛矿太阳能电池的制备，使得反应层厚度可控，且不影响载流子的传输；同时具有较好的缺陷钝化作用，提升器件的开路电压和填充因子，进而提高光电转化效率；其次卤化铅基有机无机杂化材料钝化层优异的本征水、热稳定性一方面能够抵御水分并抑制钙钛矿内的离子向外扩散迁移，另一方面器件热稳定性也能得到提高，将开辟一种新的钝化材料的思路，加速钙钛矿的商业化进展。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供一种原位生成具有自限制效应的水、热稳定的卤化铅基有机无机杂化材料钝化层及具有钝化层钙钛矿太阳能电池的制备，其步骤如下：

S1：该钝化层是通过在钙钛矿薄膜上旋涂或者浸泡一种与钙钛矿中的碘化铅发生反应生成卤化铅基有机无机杂化材料的盐类配体溶液而生成的，该铵盐类的有机分子与无机网络间通过化学键，如共价键、氢键、离子键等，使得杂化配合物材料在“分子水平上”复合，在分子水平上融合两个组分优点而生成的一种新型材料。