[发明专利]含多环共轭有机路易斯碱分子的钙钛矿电池及制备方法

说明书

本发明提供一种含多环共轭有机路易斯碱分子的钙钛矿电池及其制备方法，以多元共轭有机路易斯碱分子材料作为钝化剂来钝化钙钛矿薄膜，制备高效稳定钙钛矿电池的方法。本发明利用钝化剂溶液处理钙钛矿薄膜，所制备的器件光电转换效率最高可达24.27％。同时，此钝化剂处理过的钙钛矿薄膜具有优秀的光热稳定性。本发明制备的钙钛矿器件，钝化效果显著，而且对钝化剂的浓度无敏感，这对于钙钛矿的性能提升和商业化生产具有重要意义。

技术领域

本发明涉及钙钛矿电池领域，特别涉及一种含多环共轭有机路易斯碱分子的钙钛矿电池及制备方法。

背景技术

作为光电材料领域“颠覆性的发现”，金属卤化物钙钛矿(ABX3,A＝MA,FA,Cs等；B＝Pb，Sn；X＝Cl,Br,I等)材料因其优异的光电性质在太阳能电池领域引起了广泛的关注。短短10年时间，钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells,PSCs)最新认证的光电转换效率已达到25.7％，缺陷钝化策略是制备高效稳定钙钛矿光伏器件过程中必不可少的环节，也是当前钙钛矿领域的研究热点之一。

2019年，中国科学院半导体研究所游经碧教授课题组采用PEAI作为钝化剂,获得了当时最高认证效率23.32％的平面钙钛矿太阳能电池。同年，北卡罗来纳州教堂山分校的黄劲松教授课题使用铅氧盐作为钝化层，解决了钙钛矿的稳定性问题。2022年，南京大学谭海仁教授和加拿大多伦多大学的Sargent教授课题组共同报道了使用4-三氟甲基苯基铵作为钝化剂，获得了认证效率为26.4％的全钙钛矿串联太阳能电池，且在最大功率点下运行600小时后，能保持90％的初始性能。然而基于以上研究可知当前钝化剂工程研究的重点在于如何最大程度减少非辐射复合中心，最大程度提高器件开路电压，并没有试图解决“钝化剂诱导钙钛矿从三维相向低维相转变、生成PbI₂加成物、聚集在钙钛矿表面这些副作用带来的钝化效果重复性、浓度敏感性”的问题。

2020年上海交通大学材料科学与工程学院在第七届新型太阳能电池材料科学与技术学术研讨会上提出了将具有π共轭结构的路易斯碱分子引入到前驱体溶液中系统地调控钙钛矿薄膜的结晶速率，使得这种π共轭路易斯碱分子与碘化锡形成稳定的络合物中间相,有效减缓了纯锡钙钛矿的结晶过程，在其研究方案中π共轭路易斯碱分子是在薄膜晶体生长过程中发挥作用，而其对于已经生长形成的钙钛矿薄膜无法进行缺陷修复。中科院物理所孟庆波研究员、李冬梅研究员等人采用三苯基氧化膦(TBPO)对钙钛矿表面进行稳定钝化处理，其方案报道的原理是：π-π共轭诱导钝化剂分子TBPO分子之间形成周期性互连结构，使得TBPO就能够稳定的存在于钙钛矿表面，然而TBPO分子平面侧立，π-π作用力方向是与钙钛矿表面水平的，这样的方式不利于钙钛矿产生的空穴通过π-π跃迁机制传输到空穴传输层上，且钝化剂容易侵入钙钛矿晶格和钙钛矿晶格反应生成低维相。

因此，如何解决钝化处理所带来的副作用，制备高效稳定钙钛矿器件，同时确保器件性能不受钝化剂浓度的影响，是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含多环共轭有机路易斯碱分子的钙钛矿电池及制备方法，探索出了一种合适的界面钝化材料，以解决器件性能对钝化剂浓度敏感的问题，同时起到调控能级匹配、钝化钙钛矿表面缺陷、抗水氧和光热的作用，从而提高钙钛矿太阳电池的光电转化效率和稳定性的效果。

为实现以上目的，本技术方案提供一种含多环共轭有机路易斯碱分子的钙钛矿电池，包括：自下而上布置的阳极基底、电子传输层、钙钛矿活性层、活性层界面修饰层、空穴传输层、阳极修饰层以及阳极；其中所述活性层界面修饰层为旋涂在所述钙钛矿活性层上的多环共轭有机路易斯碱分子。

所述多环共轭有机路易斯碱分子可以为吡啶衍生物、噻吩衍生物、恶唑衍生物、恶唑啉衍生物、吡喃衍生物中的一种。