[發明專利]一種提高鈣鈦礦太陽能電池效率和穩定性的方法及鈣鈦礦太陽能電池

有效

• 申請號: 201811343110.2
• 申請日: 2018-12-24
• 公開（公告）號: CN109545970B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 李公強;賴雪;孟飛
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/56;H01L51/48
• 代理公司: 北京恒創益佳知識產權代理事務所(普通合伙) 11556
• 代理人: 付金豹

本發明公開了一種提高鈣鈦礦太陽能電池效率和穩定性的方法及鈣鈦礦太陽能電池。通過在制備鈣鈦礦吸光層的反溶劑中添加少量的疏水有機小分子提高了鈣鈦礦太陽能電池的效率和未封裝條件下在空氣中的穩定性。本發明提供的鈣鈦礦太陽能電池根據結構的不同，分為正式和反式兩種，其鈣鈦礦吸光層均為ABX₃結構。結果表明，在反溶劑中添加的小分子為結構中含有噻吩結構單元，或含有S,N,O元素中任何一種原子的的共軛有機小分子，在兩種器件結構中都可以起到減少鈣鈦礦層的晶界和表面缺陷的作用，最終達到提高鈣鈦礦太陽能電池的效率和穩定性的目的。

技術領域

本發明屬于光電功能材料與器件技術領域，具體涉及一種基于有機小分子界面鈍化策略提高鈣鈦礦太陽能電池效率和穩定性的方法及鈣鈦礦太陽能電池。

背景技術

隨著化石能源的短缺和環境污染問題日益嚴重，將清潔并且可持續的光能高效轉化為太陽能成為科學家關注的問題。目前在太陽能電池領域中，以硅為代表的無機半導體材料已經實現產業化，但是其制備成本普遍偏高，生產過程中會對環境產生污染問題，并且不利于制備成柔性器件，已經不能滿足市場要求。

可通過溶液加工，利用roll-to-roll技術實現清潔，高效，批量大規模生產的太陽能電池，是未來技術發展的方向。具有代表性的可溶液加工的太陽能電池主要有燃料敏化電池，有機太陽能電池，量子點敏化電池和有機-無機雜化電池。有機-無機鈣鈦礦太陽能電池作為有機-無機雜化電池中的重要分支，近年來得到迅猛的發展。自2009年以來，Miyasaka等人，首先研究了基于CH₃NH₃PbI₃的液體染料敏化太陽能電池(DSC)，功率轉換效率(PCE)約為3.8％，在不到十年的時間內，鈣鈦礦太陽能電池(PSC)的最高功率轉換效率(PCE)已達到23.2％(N.J.Jeon,H.Na,E.H.Jung,T.-Y.Yang,Y.G.Lee,G.Kim,H.-W.Shin,S.Il Seok,J.Lee,J.Seo,Nature Energy,2018,3,682.)。已經接近硅電池的光電轉化效率，與傳統硅電池相比，鈣鈦礦太陽能電池具有制作工藝簡單、成本低、尺寸能夠任意定制等優點，成為最有潛力的太陽能電池，具有很好的產業化前景。

雖然目前鈣鈦礦太陽能電池的相關研究和報道較多，但目前鈣鈦礦太陽能電池仍面臨著一系列亟待解決的問題，其中穩定性是其核心問題，為了推進鈣鈦礦太陽能電池的PCE接近Shockley Queisser限制，有必要進一步研究消除鈣鈦礦吸收劑中的缺陷問題，在提高效率的同時提高器件的穩定性。因此，對鈣鈦礦薄膜層缺陷的控制，是當前一個重要的挑戰和機遇。通過研究對鈣鈦礦薄膜缺陷的控制與穩定性之間的關系，有助于解決鈣鈦礦太陽能電池的穩定性的問題。從而使鈣鈦礦太陽能電池向大規模商業化生產邁出關鍵一步。

科研工作者現在已經成功的從鈣鈦礦薄膜的缺陷特性和控制缺陷密度的現有方法，包括大尺寸晶體的生長，光固化方法，晶界和表面鈍化，以及基板的改性來提高器件的穩定性。為了修補鈣鈦礦薄膜的缺陷，本發明提供了一種用有機小分子界面鈍化策略提高鈣鈦礦太陽能電池效率和穩定性能的方法，通過在制備鈣鈦礦吸光層的反溶劑中添加少量的疏水有機小分子提高了鈣鈦礦太陽能電池的效率和未封裝在空氣中的穩定性。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術中存在的技術問題，提供提高鈣鈦礦太陽能電池效率和穩定性的方法及鈣鈦礦太陽能電池。

本發明技術方案為：

一種提高鈣鈦礦太陽能電池效率和穩定性的方法，在制備鈣鈦礦吸光層的反溶劑中添加一定量的疏水有機小分子，提高鈣鈦礦太陽能電池的效率和未封裝條件下在空氣中的穩定性；所述疏水有機小分子的結構為共軛結構；所述疏水有機小分子結構式為：

具體步驟如下：