[发明专利]一种含氮环状分子修饰的钙钛矿太阳能电池

说明书

本发明属于太阳能电池技术领域，提供了一种含氮环状分子修饰的钙钛矿太阳能电池，自下而上依次包括：透明导电玻璃基底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层、金属电极；所述钙钛矿层是采用含氮环状分子体相掺杂和界面修饰得到：将含氮环状分子溶解在钙钛矿的前驱体溶液中，将添加含氮环状分子的钙钛矿前驱体溶液旋涂在电子传输层上，热处理后得到体相掺杂含氮环状分子的钙钛矿薄膜；或者，将含氮环状分子溶解在异丙醇中，将含氮环状分子的异丙醇溶液旋涂在钙钛矿薄膜上，得到含氮环状分子界面修饰的钙钛矿薄膜。本发明钙钛矿太阳能电池具有光电转化效率高、稳定性好等优点，效率最高达23.90％，具有极高的实际应用价值。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种含氮环状分子修饰的钙钛矿太阳能电池。

背景技术

有机-无机杂化的钙钛矿材料因具有优异的光电性质以及可溶液加工、原料廉价易得等优点，在光伏领域掀起了新的研究热潮，短短十年内，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经从2009年的3.8％跃升至当前最新认证的25.7％，跨越了晶硅电池几十年的发展历程，被认为是最具潜力的第四代光伏器件。然而，溶液法制备的多晶钙钛矿薄膜所面临的表面和晶界缺陷诱导的载流子复合以及由其组装的界面电荷损失等问题，导致钙钛矿太阳能电池光电转换效率与其理论值(～31％)仍有一定的差距。更关键的是，钙钛矿材料受到外界环境影响容易分解，其长期稳定性仍是钙钛矿太阳能电池最具挑战性的问题，所以实现钙钛矿电池效率与稳定性同步提升对其商业化应用具有重要意义。

通过含有Lewis碱性官能团的小分子来钝化钙钛矿薄膜中由金属阳离子带来的表界面缺陷，是当前钙钛矿薄膜改性最常用的方法之一。然而，大部分研究者使用的Lewis碱性分子，其只通过单一的官能团与钙钛矿中的金属离子进行配位，其所形成的配合物不够稳定，进而导致钝化效果不佳。

发明内容

本发明的目的是提供一种含氮环状分子修饰的钙钛矿太阳能电池，以解决上述背景技术中所提出的问题，本发明提出利用含氮环状分子中的氮原子与Pb离子、Cs离子之间的相互作用，进而制备的钙钛矿层具有质量高、均匀致密的优点。而且，经退火后含氮环状分子会聚集在钙钛矿的表界面处，可以有效的抑制水分对其破坏，提高电池的稳定性。同时含氮环状分子不会破坏钙钛矿薄膜表面，不会影响薄膜体相的电荷传输，提高电池的效率。本发明制备出的钙钛矿太阳能电池具有光电转化效率高、稳定性好等优点，效率最高可达23％以上，具有极高的实际应用价值。

本发明所采用的技术方案是：

一种含氮环状分子修饰的钙钛矿太阳能电池，自下而上依次包括：透明导电玻璃基底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层、金属电极，所述钙钛矿层是采用含氮环状分子钝化得到。

进一步的，所述含氮环状分子为1,4,7,10-四氮杂环十二烷、1,4,8,11-四氮杂环十四烷、1,4,8,12-四氮杂环十五烷、1,5,9-三氮杂环十二烷、1,5-二氮杂环辛烷、1,4,7,10,13-五氮杂环十五烷中的一种。

进一步的，采用体相掺杂的方法钝化钙钛矿层，且含氮环状分子的掺杂浓度为0.01-0.03mg/mL。

更进一步的，将含氮环状分子溶解在钙钛矿前驱体溶液中，制备含氮环状分子修饰的钙钛矿前驱体溶液，利用所述含氮环状分子修饰的钙钛矿前驱体溶液制备所述钙钛矿层。

进一步的，采用界面修饰的方法钝化钙钛矿层：将含氮环状分子溶解在异丙醇中，然后将含氮环状分子的异丙醇溶液旋涂在钙钛矿薄膜的一侧，得到含氮环状分子界面修饰的钙钛矿层。

更进一步的，利用钙钛矿前驱体溶液在所述电子传输层表面先形成钙钛矿薄膜，将含氮环状分子的异丙醇溶液旋涂在所述钙钛矿薄膜表面，形成含氮环状分子的修饰层，即制得含氮环状分子界面修饰的钙钛矿层；