[發明專利]一種原位生成水、熱穩定的鈍化層及具有鈍化層的鈣鈦礦太陽能電池

有效

• 申請號: 202110273934.2
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN113224239B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 羅景山;王渙渙;張狀
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/48
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種原位生成具有自限制效應的水、熱穩定的鹵化鉛基有機無機雜化材料鈍化層及具有鈍化層鈣鈦礦太陽能電池的制備，通過旋涂或浸泡法在鈣鈦礦表面引入相應有機鹽配體與鈣鈦礦中的碘化鉛原位反應生成一層致密的水、熱穩定性的鈍化層材料；該反應可同時應用于鈣鈦礦太陽能電池正式和反式結構中，使用范圍廣，具有自限制效應；并且鹵化鉛基有機無機雜化材料的有機分子與無機網絡間通過化學鍵，如共價鍵、氫鍵、離子鍵等，使得雜化配合物材料在“分子水平上”復合，在分子水平上融合兩個組分優點，具有優異的鈍化缺陷作用，降低非輻射復合，器件能表現出更高的開路電壓和填充因子，因此具有更高的光電轉換效率；且鹵化鉛基有機無機雜化鈍化層材料由于優異的本征水、熱穩定性，能明顯提高鈣鈦礦的濕熱穩定性。該方案有利于開辟一種新的鈍化材料的思路，加速鈣鈦礦的商業化進展。

技術領域

本發明涉及鈣鈦礦太陽能電池材料技術領域，具體涉及一種原位生成具有自限制效應的水、熱穩定的鹵化鉛基有機無機雜化材料鈍化層及具有鈍化層鈣鈦礦太陽能電池的制備。

背景技術

太陽能清潔、無污染、分布廣并且能量充分，光伏器件因其具有安全、清潔、成本低廉等優點成為開發利用太陽能的主要對象。新型的基于有機-無機雜化鈣鈦礦的光伏器件的光電轉換認證效率迅速達到25.5％，在未來的發展中極有可能成為新一代的光伏市場主流。

目前鈣鈦礦型太陽能電池的商業化主要受穩定性的限制，在鈣鈦礦和電荷傳輸層之間沉積薄界面材料的層間鈍化工程是促進鈣鈦礦太陽能電池效率和穩定性的最有效方法之一。理想的層間鈍化材料應具有以下幾個特點：(1)結構緊湊，形成致密覆蓋層；(2)極佳的穩定性；(3)厚度薄，帶隙匹配；(4)具有鈍化缺陷的效果。近幾年來，對二維(2D)鈣鈦礦、長鏈有機銨鹽、不溶性無機鹽、D-π-A分子和聚合物等幾種層間材料進行了研究。然而，這些材料有些反應程度不能控制，或者不能同時滿足理想層間材料的所有期望。

鹵化鉛基有機無機雜化材料，與鈣鈦礦結構相似，含有鹵化鉛骨架和其他有機陽離子，該材料的有機分子與無機網絡間通過化學鍵，如共價鍵、氫鍵、離子鍵等，使得雜化配合物材料在“分子水平上”復合，在分子水平上融合兩個組分優點而生成的一種新型材料。最近， [Pb₈I₈(H₂O₎₃]⁸⁺[^-O₂C(CH₂)₄CO₂^-]₄是一種鹵代板酸鹽材料，被用于光催化水分解，顯示出優異的光學和電學性能。更重要的是，這種材料表現出優異的耐濕性能和較高的光化學穩定性。根據這些性質，如果能很好地沉積到一個完全覆蓋的薄層中，那么將成為鈣鈦礦器件中層間鈍化材料的理想選擇。

發明內容

本發明的目的是為了解決傳統層間鈍化材料的局限，發明一種原位生成具有自限制效應的水、熱穩定的鹵化鉛基有機無機雜化材料鈍化層及具有鈍化層鈣鈦礦太陽能電池的制備，使得反應層厚度可控，且不影響載流子的傳輸；同時具有較好的缺陷鈍化作用，提升器件的開路電壓和填充因子，進而提高光電轉化效率；其次鹵化鉛基有機無機雜化材料鈍化層優異的本征水、熱穩定性一方面能夠抵御水分并抑制鈣鈦礦內的離子向外擴散遷移，另一方面器件熱穩定性也能得到提高，將開辟一種新的鈍化材料的思路，加速鈣鈦礦的商業化進展。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明提供一種原位生成具有自限制效應的水、熱穩定的鹵化鉛基有機無機雜化材料鈍化層及具有鈍化層鈣鈦礦太陽能電池的制備，其步驟如下：

S1：該鈍化層是通過在鈣鈦礦薄膜上旋涂或者浸泡一種與鈣鈦礦中的碘化鉛發生反應生成鹵化鉛基有機無機雜化材料的鹽類配體溶液而生成的，該銨鹽類的有機分子與無機網絡間通過化學鍵，如共價鍵、氫鍵、離子鍵等，使得雜化配合物材料在“分子水平上”復合，在分子水平上融合兩個組分優點而生成的一種新型材料。