[发明专利]以三聚氰胺作添加剂改善电池吸光层的方法

说明书

本发明公开一种以三聚氰胺作添加剂改善电池吸光层的方法，首先将碘化锡、甲酰胺、三聚氰胺和氟化锡按比例溶在DMF和DMSO的混合溶剂中制成前驱体溶液，再将前驱体溶液旋涂到空穴传输层上，旋涂时间为30 s，在旋涂12 s时滴涂反溶剂氯苯，之后再进行退火处理即可得到吸光层。三聚氰胺本身所具备的还原性能，可抑制Sn²⁺氧化为Sn⁴⁺，减少Sn空位的形成，防止钙钛矿薄膜表面针孔等缺陷的产生，有助于改善钙钛矿薄膜的表面形貌，提高电池的功率转换效率；且其化学结构中的氮离子存在孤对电子，可以与Sn²⁺形成配位键，减缓控制钙钛矿形成过程中的结晶速率，使钙钛矿薄膜覆盖更加均匀致密，电池的效率和稳定性都得到提升。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种以三聚氰胺作添加剂改善电池吸光层的方法。

背景技术

近年来，有机-无机杂化太阳能电池由于具备结构简单、制备成本低、合适且可调控的带隙、高消光系数、双极载流子传输和可制备柔性器件等特点而备受瞩目，能量转换效率已经由3.8%提高到了25.2%。然而，现阶段此类高性能的钙钛矿电池均主要使用铅卤钙钛矿材料作吸光层，严重危害生态环境和人身安全。因此亟需寻求一种无毒的非铅钙钛矿电池。

在非铅钙钛矿太阳能电池中，人们常用锗离子（Ge²⁺）、锡离子（Sn²⁺）、锑离子（Sb³⁺）、铋离子（Bi³⁺）等来代替铅离子作为无铅钙钛矿材料，其中锡基钙钛矿太阳能电池以其高吸收系数、小激子结合能和高电荷载流子迁移率等优异的光学和电学性能而成为最具发展潜力的一类电池材料。铅基钙钛矿的吸收带隙在1.5-1.8 eV之间，锡基钙钛矿的吸收带隙大约为1.3 eV，锡基钙钛矿更接近根据Shockley−Queisser极限理论推出的单节太阳能电池最高效率33%对应的吸收带隙为1.34 eV。这表明锡基钙钛矿太阳能电池理论上可以获得更高的短路电流密度并达到理论极限转换效率。但是由于Sn的空位形成能很低，导致Sn²⁺非常容易氧化成Sn⁴⁺，且作为钙钛矿前驱体材料之一的碘化亚锡（SnI₂）与有机胺盐之间反应速率过快，使得钙钛矿的结晶速率过快以至于难以得到均匀致密的钙钛矿薄膜，限制了锡基钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性的提高。

中国专利CN 111952455 A公开一种离子液体型有机大体积胺分子盐制备低维锡基钙钛矿薄膜及其太阳能电池和应用，其主要利用特殊的离子液体型有机大体积胺分子盐丁胺乙酸盐作为前驱液，通过胺分子盐与锡基钙钛矿骨架之间的强相互作用来控制低维锡基钙钛矿的结晶过程，进而得到低缺陷态密度、表面光滑致密的薄膜，最终提升太阳能电池的光电转化效率和器件稳定性，但是该方案不能有效阻止Sn²⁺的氧化，且前驱液的配制较为繁琐，所用离子液体型有机大体积胺分子盐丁胺乙酸盐来源窄，获取难度大，影响整体制备效率，不利于大规模的生产应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以三聚氰胺作添加剂改善电池吸光层的方法，通过三聚氰胺的氧化和配位作用提高钙钛矿薄膜的结晶度，钝化钙钛矿薄膜表面缺陷，改善钙钛矿薄膜的表面形貌，提高锡基钙钛矿太阳能电池的功率转换效率。

本发明的技术方案为：一种以三聚氰胺作添加剂改善电池吸光层的方法，制备吸光层的时，先将碘化锡（SnI₂）、甲酰胺（FAI）、1,3,5-三嗪-2,4,6-三胺（三聚氰胺）和氟化锡（SnF₂）按比例溶在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和二甲亚砜（DMSO）的混合溶剂中制成前驱体溶液，再将添加有三聚氰胺的前驱体溶液旋涂到空穴传输层上，旋涂时间为30 s，在旋涂12 s时滴涂反溶剂氯苯，之后再进行退火处理以得到吸光层。

进一步地，碘化锡、甲酰胺、三聚氰胺和氟化锡的摩尔比为1:1:0.01:0.1。