[发明专利]一种抑制钙钛矿电池中离子扩散的化学方法

说明书

本发明涉及一种抑制钙钛矿电池中离子扩散的化学方法。包括以下步骤：将一类含碘化合物与电荷传输层以一定比例混合，涂覆于钙钛矿薄膜表面，以一定的旋涂速率甩干后置于加热板上加热以使溶剂完全挥发，后续采用正常电池组装工序组装为完整电池。本发明采用简单的化学掺杂方法，将含碘化合物与电荷传输层材料混合以制备钙钛矿太阳能电池。所述含碘化合物，包括甲基碘化胺在内的具有有机阳离子的一类化合物。掺杂后电荷传输层中饱和的碘离子浓度可有效抑制钙钛矿层中碘离子的进一步扩散，同时含碘化合物掺杂的电荷传输层的载流子浓度增加、电导率得到提高，最终实现高效稳定的钙钛矿太阳能电池的制备。

技术领域

本发明涉及一种抑制钙钛矿电池中离子扩散的化学方法，采用含碘化合物掺杂的电荷传输层抑制钙钛矿层的碘离子扩散，从而实现钙钛矿太阳能电池光电转换效率和稳定性的同步提升，本方法在光电器件领域具有重要应用价值。

背景技术

当代社会对能源的需求日益增长，太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的可再生清洁能源，可以有效替代化石能源，缓解环境污染和化石能源枯竭所带来的压力，为社会的可持续发展注入新的活力。太阳能电池利用半导体界面的光生伏特效应将光能直接转变为电能，是太阳能利用领域中一种理想的转换途径。钙钛矿太阳能电池作为一种新型光伏技术，具有制备成本低、转换效率高、可液相制备等优点，目前的认证功率转换效率已达25.7％。

钙钛矿电池的稳定性是其应用受限的主要因素之一，这是由于材料的软晶格特性所导致。有机阳离子和碘离子具有较低的扩散活化能，即使在室温下也容易发生扩散，形成Schottky或Frenkel缺陷，导致电荷陷阱的产生。研究表明，钙钛矿中本征离子(如MA⁺或I^-)的扩散行为在外部电偏压或光照刺激下会加剧。例如，Yuan等人利用光热诱导共振显微镜成像技术,首次直接观察到了室温下MA⁺在电场作用下向器件负极扩散的现象(Adv.EnergyMater.2015,5,1500615)。Kim等人通过实验验证了光照增强的碘离子扩散效应(Nat.Mater.2018,17,445-449)。伴随着离子扩散，其导致的器件不稳定成为制约进一步商业化发展的主要因素之一。

尽管钙钛矿单层材料中的离子扩散行为已被广泛研究，但实际应用的钙钛矿太阳能电池具有多层结构，不同组分之间通常会相互影响，导致器件中的结构演化和离子传导变得复杂。很少有研究关注离子在钙钛矿太阳能电池器件内部的移动行为，以及移动离子与其他层之间的相互作用，而这也将对器件的稳定性有重要意义。因此，亟需开发一种抑制离子扩散的有效方法以提升钙钛矿太阳能电池的稳定性。

发明内容

本发明的目的是采用简单的化学掺杂方法，将含碘化合物与电荷传输层材料混合以制备钙钛矿太阳能电池。电荷传输层中饱和的碘离子浓度可有效抑制钙钛矿层中碘离子的进一步扩散，同时含碘化合物掺杂的电荷传输层的电导率也得到提高。最终，实现了高效稳定的钙钛矿太阳能电池的制备。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种抑制钙钛矿电池中离子扩散的化学方法，包含以下步骤：

将一类含碘化合物与电荷传输层以一定比例混合，涂覆于钙钛矿薄膜表面，以一定的旋涂速率甩干后置于加热板上加热以使溶剂完全挥发，后续采用正常电池组装工序组装为完整电池。

所述的含碘化合物包括但不局限于以下所述的各类物质，甲基碘化胺、乙基碘化胺、丙基碘化胺、丁基碘化胺、苯甲基碘化胺、苯乙基碘化胺、苯丙基碘化胺、苯丁基碘化胺、9-十八烯基碘化胺、辛基碘化胺、十二烷基碘化胺、苯基碘化胺、1-萘甲基碘化胺、1,8-辛二胺氢碘酸盐、1,4-苯二胺氢碘酸盐、胍基氢碘酸盐、1,4-丁二胺氢碘酸盐、1,6-己二胺氢碘酸盐、己胺氢碘酸盐、1,4-苯二甲胺氢碘酸盐、乙二胺氢碘酸盐、1,3-丙二胺氢碘酸盐、1,10-癸二胺氢碘酸盐、二甲胺氢碘酸盐、异丙基碘化胺、4-氟苯甲基碘化胺、4-氟苯乙基碘化胺、2,2’-(乙烯二氧)双乙胺氢碘酸盐、癸胺氢碘酸盐、3-氟苯乙基碘化胺、2-氟苯乙基碘化胺、3-吡啶甲胺氢碘酸盐、戊基碘化胺、2-噻吩乙胺氢碘酸盐、甲脒氢碘酸盐等。