[发明专利]一种化合物、钙钛矿薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种化合物、钙钛矿薄膜太阳能电池及其制备方法，所述化合物通过双NH₂设计，钝化钙钛矿层的游离陷阱；并且通过给电子能力较强多芳环和双氨基的设计，大幅度增加化合物的载流子传输性能，实现双功能效应，既作为钝化剂，又作为传输层，从而钝化陷阱态，抑制电荷复合，增加层与层之间的传输性能，进而提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。

技术领域

本发明涉及太阳能电池，尤其涉及一种化合物、钙钛矿薄膜太阳能电池及其制备方法。

背景技术

太阳能电池成为解决能源危机和全球变暖问题的便捷、可持续的方法，经过蓬勃繁荣的几十年发展，太阳能电池主要包括单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、染料敏华太阳能电池以及钙钛矿太阳能电池；其中钙钛矿太阳能电池由于其优越的转换效率兼具绿色环保、成本低廉、易制备等优势，成为关注焦点；钙钛矿太阳能电池钙钛矿层陷阱态和钙钛矿层及空穴传输材料(HTM)之间的空穴传输过程中的能量受阻是影响钙钛矿太阳能电池性能的关键因素之一，钙钛矿薄膜中的“陷阱态”导致的非辐射复合、界面复合及层与层之间传输受阻使光电转换的效率还远没有达到效率极限，而且由于钙钛矿层对水氧敏感导致电池稳定性较差，严重制约了钙钛矿太阳能电池的实际应用。

Cho等[Kyung Taek Cho,Highly efficient perovskite solar cells withacompositionally engineered perovskite/holetransporting materialinterface.Energy Environ.Sci.,2017,10,621.]在原始钙钛矿层上额外添加了1层甲脒氢溴酸盐(FABr)旋涂层，结构如下图所示，用n-i-p结构在(FAPbI₃)0.85(MAPbBr₃)0.15薄膜上旋转涂覆FABr前体溶液，FABr可与钙钛矿中过量的陷阱态(PbI₂相)反应，在钙钛矿层与空穴传输层间形成FAPbBr₃-x Ix层。结果表明，FAPbBr₃-xIx层能钝化表面缺陷；电池效率从18.7％提高到20.5％，但电池稳定性却表现出退化趋势；

因此，这类化合物的引入可能会阻碍钙钛矿层和空穴传输层的载流子传输；故需要一种既有钝化作用，又能增加载流子传输的化合物尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种化合物、钙钛矿薄膜太阳能电池及其制备方法，通过双NH₂设计，钝化钙钛矿层的游离陷阱；并且通过给电子能力较强多芳环和双氨基的设计，大幅度增加化合物的载流子传输性能，实现双功能效应，既作为钝化剂，又作为传输层，从而钝化陷阱态，抑制电荷复合，增加层与层之间的传输性能，进而提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。

本发明是通过以下技术方案实现的：提供了一种用于钙钛矿薄膜太阳能电池的化合物，该化合物的结构通式如式(I)所示：

式中，R为脂环化合物、芳香化合物或者杂环化合物中的任意一种。

通过上述技术方案，钙钛矿太阳能电池中的钙钛矿层过量的PbI₂会形成陷阱态，导致非辐射复合、界面复合并使得传输受阻，双氨基的设计可以与钙钛矿层的PbI₂相反应钝化陷阱态；三苯胺类分子是很好的电荷传输材料，双苯乙烯三苯胺的增加了芳环间的共轭作用，进一步增加载流子的传输性能，可以形成高载流子传输作用。

进一步地，当R为芳香化合物时，该化合物为5,5'-双((E)-4-(二对甲苯氨基)苯乙烯基)-[1,1'-联苯]-2,2'-二胺((MTPA)₂(NH₂)₂)，其结构式如式(II)所示：