[發明專利]有機膦酸類化合物的應用和摻銣鈣鈦礦太陽能電池薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201710254424.4
• 申請日: 2017-04-18
• 公開（公告）號: CN107123736B
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: 成昌梅;王成彥;武東
• 申請（專利權）人: 廣州光鼎科技集團有限公司
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 北京思創大成知識產權代理有限公司 11614
• 代理人: 張清芳

本發明涉及太陽能電池薄膜領域，公開了有機膦酸類化合物的應用和摻銣鈣鈦礦太陽能電池薄膜及其制備方法，該應用為式(1)所示的有機膦酸類化合物在制備摻銣鈣鈦礦太陽能電池薄膜中的應用。含有本發明的有機膦酸類化合物的摻銣鈣鈦礦太陽能電池薄膜具有優異的光電轉化效率以及能夠提高含有該薄膜的太陽能電池的光電轉化效率的穩定性，同時能夠避免該太陽能電池受到高溫、高濕的環境的影響。

技術領域

本發明涉及太陽能電池薄膜領域，具體地，涉及有機膦酸類化合物在制備摻銣鈣鈦礦太陽能電池薄膜中的應用、一種有機膦酸化合物修飾的摻銣鈣鈦礦太陽能電池薄膜及其制備方法。

背景技術

基于鹵代物的鈣鈦礦具有優異的光吸收能力、可觀的雙極性載流子遷移率、超長電子-空穴擴散長度的特點，逐漸成為當今光電伏領域內最重要的研究熱點之一。2012年，韓國Nam-Gyu Park小組(Sci.Rep.,2,591/1-591/7,2012)和英國Snaith小組(Scinece，338，643-647，2012)分別報道了基于鈣鈦礦的敏化固態介孔太陽電池和介孔超結構雜化太陽能電池，效率分別達到了9.7％和10.9％。2015年，韓國Yang小組(Scinece，348，1234-1237，2015)轉化效率達到了20％。

雖然，鈣鈦礦太陽能電池器件光電轉換效率的最高紀錄不斷被刷新，但是，關于鈣鈦礦太陽能電池穩定性的研究報道比較缺乏(J.Mater.Chem.A.，3，8970-8980，2015)。鈣鈦礦太陽能電池穩定性問題已經成為制約鈣鈦礦太陽能電池繼續發展的瓶頸。例如鈣鈦礦太陽能電池在水氧氣氛、溫度變化、濕法制備、紫外光照等不同敏感環境條件下鈣鈦礦太陽能電池的化學穩定性問題。

另外，在鈣鈦礦中摻加其他金屬離子，也成為了一種提高光電轉換效率的一種有效方式。Henry J.Snaith教授的研究團隊通過在鈣鈦礦中增加銫元素來提高硅太陽能電池的性能，他們在甲脒陽離子鉛溴碘化合物的基本分子結構中，添加了銫離子，從而改善了這種光伏材料的熱穩定性和光穩定性，在串聯電池的組合中，轉換效率比現有同類光伏電池提高到25％。但是，這種鈣鈦礦材料在接觸到水和空氣時性能會衰退，這是個“老問題”(Science,2016,351,151-155)。

瑞士洛桑聯邦理工學院(EPFL)的Michael和Michael Saliba等人發現摻雜銣(Rb)離子可以提高鈣鈦礦太陽能電池性能(Science,2016,354,206-209)，他們設計了多樣的A離子組合(RbFA,RbCsFA,RbMAFA,RbCsMAFA)，使用FA(甲脒)作為多數離子，通過加入Rb制備鈣鈦礦電池材料。制備成介孔結構的正裝器件后，光電轉換效率分別為RbFA(14.0％)，RbCsFA(19.3％)，RbMAFA(19.2％)，而基于RbCsMAFA的光電轉換效率最高數值為20.6％。

目前的鹵代物鈣鈦礦主要有有機-無機金屬化合物甲胺鉛碘(CH₃N₃PbX₃,X為Cl/Br/I中的一種或多種)，甲胺鉛碘的主要合成成分鹵化甲胺(CH₃NH₃X)遇水極易水解，導致甲胺鉛碘鈣鈦礦性能極不穩定，這在很大程度上限制了鈣鈦礦電池的發展。因此，利用有機或無機材料對鈣鈦礦進行修飾，使之能夠更好的應用于鈣鈦礦電池，變成為一種技術趨勢。

發明內容

本發明的發明人在研究中發現本發明的式(1)所示的有機膦酸類化合物能夠作為鈣鈦礦電池的修飾材料，在提高鈣鈦礦電池光電轉化效率的同時，增加鈣鈦礦電池的穩定性。

本發明首先提供了一種式(1)所示的有機膦酸類化合物在制備摻銣鈣鈦礦太陽能電池薄膜中的應用，

其中，在式(1)中，