[發(fā)明專利]多活性位點(diǎn)配體分子在鈣鈦礦太陽能電池中的應(yīng)用及器件的制備方法

有效

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• 申請日: 2021-02-24
• 公開（公告）號: CN113013333B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳江照;劉白白
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: H01L51/00
• 分類號: H01L51/00;H01L51/48;H01L51/42
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 董林利

本發(fā)明涉及多活性位點(diǎn)配體分子在鈣鈦礦太陽能電池中的應(yīng)用及器件的制備方法，屬于光電材料與器件技術(shù)領(lǐng)域。該多活性位點(diǎn)配體分子為同時(shí)含有N、O和S電子供體的路易斯堿分子，將多活性位點(diǎn)配體分子用于修飾鈣鈦礦吸光層與空穴傳輸層之間的界面，能夠有效鈍化鈣鈦礦的界面缺陷與釋放界面應(yīng)力，從而保證制備的鈣鈦礦薄膜具有高的質(zhì)量，以最大限度地減少界面非輻射復(fù)合損失，顯著提升鈣鈦礦太陽能電池的功率轉(zhuǎn)換效率和長期穩(wěn)定性。該多活性位點(diǎn)配體分子能夠促進(jìn)PSC的商業(yè)化進(jìn)程。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電材料與器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及多活性位點(diǎn)配體分子在鈣鈦礦太陽能電池中的應(yīng)用及器件的制備方法。

背景技術(shù)

鈣鈦礦太陽能電池(PSC)因其成本低、帶隙可調(diào)、載流子擴(kuò)散長度長、摩爾吸光系數(shù)高、可溶液加工、可柔性制備、功率轉(zhuǎn)換效率(PCE)高等優(yōu)點(diǎn)，受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。迄今為止，單結(jié)PSC已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了25.5％的記錄認(rèn)證效率。最近，鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了29.15％的認(rèn)證效率。盡管單結(jié)和疊層太陽能電池都獲得了較高的PCE，但差的長期運(yùn)行穩(wěn)定性仍然阻礙了其大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用。PSC的穩(wěn)定性與各個(gè)功能層和界面密切相關(guān)。鈣鈦礦吸光材料通常采用化學(xué)式ABX₃，其中A為一價(jià)陽離子(如甲銨(MA⁺)、甲脒(FA⁺)、Cs⁺、Rb⁺)，B為二價(jià)金屬陽離子(如Pb²⁺、Sn²⁺)，X為一價(jià)陰離子(如I^-、Br^-、Cl^-)。過去幾年，人們已經(jīng)開發(fā)了各種各樣的策略來提高鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量從而抑制體相載流子非輻射復(fù)合，如成分工程、前驅(qū)體溶劑工程、添加劑工程等。鑒于有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦材料的軟離子特性，鈣鈦礦薄膜在快速結(jié)晶和高溫退火過程中在其內(nèi)部和表界面不可避免地會(huì)產(chǎn)生大量缺陷，其中，大多數(shù)體缺陷是點(diǎn)缺陷，通常是淺層缺陷，而大多數(shù)界面缺陷(如晶界缺陷、表面缺陷、沉淀缺陷等)是深能級缺陷，會(huì)造成器件性能損失。據(jù)報(bào)道，多晶鈣鈦礦薄膜的界面顯示出比薄膜內(nèi)部大1-2個(gè)數(shù)量級的陷阱密度。因此，界面非輻射復(fù)合損失占主導(dǎo)地位。界面深能級缺陷和從體相遷移到表面的離子所俘獲的載流子會(huì)累積在界面，從而導(dǎo)致電荷積累、能帶彎曲、能級排列改變及界面非輻射復(fù)合，最終破壞器件性能。因此，通過界面工程來減小界面非輻射復(fù)合損失顯得尤為重要。

目前，人們已經(jīng)開發(fā)了各種各樣的分子來鈍化和修復(fù)界面缺陷，如路易斯酸分子、含有N、O、S和P電子供體的路易斯堿分子、同時(shí)含有陽離子和陰離子的鹽(如有機(jī)銨鹽、無機(jī)金屬鹵化物鹽、離子液體、內(nèi)鹽等)、二維鈣鈦礦、量子點(diǎn)(QDs)等。其中，路易斯堿分子被證明是一種界面缺陷鈍化的有效方法。這種缺陷鈍化是通過路易斯堿分子中的電子給體原子與界面未配位的鉛缺陷(鹵素空位)之間的配位作用來實(shí)現(xiàn)的。然而，大多數(shù)鈍化分子只含有一個(gè)能與未配位的Pb發(fā)生化學(xué)作用的活性位點(diǎn)(N、O或S電子供體)。即使報(bào)道的一些分子(如聚合物)具有多個(gè)活性位點(diǎn)，但由于較大的空間位阻，不同活性位點(diǎn)也很難同時(shí)參與鈍化缺陷。為了最大限度地發(fā)揮Lewis堿缺陷鈍化劑的潛力，有必要通過合理設(shè)計(jì)和調(diào)控策略來開發(fā)多活性位點(diǎn)鈍化分子，以最大限度減少界面非輻射復(fù)合損失。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的之一在于提供多活性位點(diǎn)配體分子在鈣鈦礦太陽能電池中的應(yīng)用；目的之二在于提供一種鈣鈦礦太陽能電池；目的之三在于提供一種鈣鈦礦太陽能電池的制備方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

1、多活性位點(diǎn)配體分子在鈣鈦礦太陽能電池中的應(yīng)用，所述多活性位點(diǎn)配體分子為同時(shí)含有N、O和S電子供體的路易斯堿分子，所述多活性位點(diǎn)配體分子用于修飾鈣鈦礦吸光層與空穴傳輸層之間的界面。

優(yōu)選地，所述多活性位點(diǎn)配體分子為下述化合物中的任一種：