[发明专利]通过在钙钛矿体相掺杂磺酰基分子制备太阳能电池的方法

说明书

本发明涉及太阳能电池技术领域，提供了一种通过在钙钛矿体相掺杂磺酰基分子制备太阳能电池的方法：在制备电池的钙钛矿吸光层时，在钙钛矿前驱体溶液中添加1.6％～6.4％浓度的磺酰基类小分子。本发明通过在钙钛矿太阳能电池的钙钛矿吸光层中引入一种磺酰基类小分子，降低了钙钛矿薄膜界面处的深能级缺陷密度，并有效改善了钙钛矿吸光层与空穴传输层间空穴载流子的传输性能，同时，该磺酰基类小分子的引入还显著改善了钙钛矿吸光层与空穴传输层之间的载流子提取能力，在相应钙钛矿太阳能电池中实现了超过26％的冠军PCE。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种通过在钙钛矿体相掺杂磺酰基分子制备太阳能电池的方法。

背景技术

有机金属钙钛矿材料(organometal perovskite materials)在众多领域得到了广泛应用，如作为吸光材料应用于太阳能电池(Solar Cell)，作为发射极应用于发光二极管(Light Emitting Diode，LED)，以及作为吸收材料应用于光电探测器(Photodetectors)。其中，有机金属钙钛矿作为吸光材料应用于太阳能电池已经历了十余年的发展，并且取得了举世瞩目的成果，钙钛矿太阳能电池的最高已认证光电转换效率已达到了25.7％，几乎匹敌单结单晶硅太阳能电池(27.6％)。

然而，钙钛矿太阳能仍存在诸多问题。其中，“存在于钙钛矿吸光层表界面处的杂质或缺陷”是限制钙钛矿太阳能电池效率进一步提高的关键因素，这些“杂质或缺陷”包括金属铅簇，本征缺陷Pb-I反位，以及未配位的铅离子(Pb²⁺)和未配位的卤素离子(碘离子I^-、溴离子Br^-)，这些“本征缺陷或杂质”会诱导形成深能级缺陷，产生不期望的非辐射复合，严重影响电荷载流子传输和提取，导致PSCs光伏性能的下降。

因此，需要新的材料或方法来有效降低深能级缺陷密度并改善钙钛矿太阳能电池的载流子传输和提取性质。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种通过在钙钛矿体相掺杂磺酰基分子制备太阳能电池的方法，该方法通过在电池的钙钛矿吸光层中引入一种多功能磺酰基类小分子，显著降低钙钛矿薄膜中深能级缺陷的密度，并改善钙钛矿吸收层与空穴传输层界面处的载流子提取速率，显著提升电池性能。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种通过在钙钛矿体相掺杂磺酰基分子制备太阳能电池的方法，在制备电池的钙钛矿吸光层时，在钙钛矿前驱体溶液中添加1.6％～6.4％浓度的磺酰基类小分子；所述磺酰基类小分子的化学结构式如下：

所述磺酰基类小分子的化学结构式中，S表示磺酰基团，R₁、R₂表示两个与磺酰基团相连的有机官能团。

作为本发明的优选方式之一，所述磺酰基类小分子具体为3-(苯磺酰基)呋喃(PSF)、4-(苯磺酰基)恶唑(PSO)、3-(苯磺酰基)噻吩(PSTP)、4-(苯磺酰基)噻唑(PSTZ-1)、1-(苯磺酰基)-1H-吡咯(PSPR)、1-(苯磺酰基)-1H-磷(PSPP)、1-(苯磺酰基)-1H-吡唑(PSPZ)、2-(苯磺酰基)噻吩(PSTP)、2-(苯硫基磺酰基)嘧啶(TSP)、2-(苯磺酰基)噻唑(PSTZ-2)、2-(苯磺酰基)嘧啶(PSP)、2,2'-磺酰基二嘧啶(SDP)、2-(嘧啶基磺酰基)噻唑(SDB)、2-(呋喃基磺酰基)嘧啶(PYTZ-1)、4-(嘧啶基磺酰基)恶唑(FYP)、2-(苯硫基磺酰基)嘧啶(PYO)、4-(嘧啶基磺酰基)噻唑(TYP)、2-((1H-吡咯基)磺酰基)嘧啶(PYTZ-2)、2-((1H-吡唑基)磺酰基)嘧啶(HPSP-1)、2-((1H-磷酰基)磺酰基)嘧啶(HPSP-2)中的一种。