[發明專利]卟啉配合物自組裝超分子制備鈣鈦礦太陽能電池的方法

有效

• 申請號: 202111020621.2
• 申請日: 2021-09-01
• 公開（公告）號: CN113754893B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 曹靖;方子涵;肖國斌
• 申請（專利權）人: 蘭州大學
• 主分類號: C08G83/00
• 分類號: C08G83/00;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 朱廣

本發明涉及一種卟啉配合物自組裝超分子制備鈣鈦礦太陽能電池的方法。本發明的卟啉配合物如式I，其中R₁、R₂、R₃和R₄各自獨立為氫或胺基，M為Co,Ni,Cu,Zn或H。使用式I的卟啉配合物制備得到相應卟啉配合物自組裝超分子化合物，將其修飾在鈣鈦礦薄膜中，鈍化缺陷并實現空穴有效提取傳輸，減少非輻射載流子復合，從而實現高效鈣鈦礦太陽能電池的制備。

技術領域

本發明屬于電池領域，具體涉及一種卟啉配合物自組裝超分子化合物及其在太陽能電池中的應用。

背景技術

隨著社會經濟的快速發展，化石能源的廣泛應用帶來了一系列的環境問題。而太陽能作為一種可再生能源，具有清潔無污染、儲量大、分布廣泛等特點，成為目前最佳的能源選擇。有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池作為光伏領域的后起之秀，由于可以通過低溫溶液加工法進行規模化生產，使其生產成本大幅度降低，有望推動鈣鈦礦太陽能電池商業化的進一步發展。目前鈣鈦礦太陽能電池發展十分迅速，小面積器件效率已經接近硅電池的最高效率，但是鈣鈦礦太陽能電池的產業化面臨很多問題。

鈣鈦礦太陽能電池中鈣鈦礦薄膜是多晶結構，晶界處缺陷會影響器件性能。因此，如何有效的處理晶界對多晶鈣鈦礦太陽能電池器件的性能至關重要。具有較大分子量的卟啉超分子作為一種有效的鈍化劑，可以鈍化鈣鈦礦晶界缺陷且加速晶界間載流子的傳輸，因此，通過在鈣鈦礦前驅體溶液中引入卟啉配合物，卟啉配合物自組裝形成超分子修飾在鈣鈦礦晶界，實現有效的缺陷鈍化并實現晶界電荷有效提取和傳輸，減少非輻射載流子復合，可大幅提高鈣鈦礦太陽能電池器件性能。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本申請的發明人設計并提供了一種卟啉配合物自組裝超分子制備鈣鈦礦太陽能電池的方法，大幅提升了鈣鈦礦太陽能電池的效率。

在第一個方面，本發明提供了一種卟啉配合物，其結構如式I所示：

式I中，M選自Co,Ni,Cu,Zn和H。

具體地，根據本發明的卟啉配合物可以選自如下化合物：

本發明第二個方面使用上述第一方面所述的卟啉配合物制備卟啉配合物自組裝超分子化合物，將其應用在鈣鈦礦太陽能電池中。

具體地，根據本發明的卟啉配合物自組裝超分子化合物可以選自如下化合物：

本發明第三方面提供了一種鈣鈦礦太陽能電池，包括襯底、透明電極、電子傳輸層、鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸層和電極，其中所述鈣鈦礦層含有上述第二方面的卟啉配合物自組裝超分子化合物。

本發明的益處在于，制備所得卟啉配合物自組裝超分子修飾制備高效鈣鈦礦太陽能電池，鈍化缺陷并實現空穴有效提取傳輸，減少非輻射載流子復合，從而實現高效鈣鈦礦太陽能電池的制備，大幅提升了鈣鈦礦太陽能電池的效率。

附圖說明

圖1為高效鈣鈦礦太陽能電池結構示意圖。

圖2顯示了卟啉配合物自組裝超分子修飾鈣鈦礦薄膜，進而組裝的相應鈣鈦礦太陽能電池的光電轉化效率。

具體實施方式

TiO₂漿料(Dyesol DSL 18NR-T)，旋涂儀(中國科學院微電子研究所KW-4A 型)，太陽光模擬器(Newport)，真空鍍膜儀(微納真空VZZ-300)，核磁共振儀(Bruker AVANCE III400MHz)，四苯基卟啉(百靈威)，乙酸鈷(阿達瑪斯)，乙酸銅(阿爾法)，乙酸鎳(阿拉丁)，乙酸鋅(阿爾法)，醋酸鎂(百靈威)，乙醇胺(TCI)，2-甲氧基乙醇(百靈威)，鈦酸四異丙酯(Ti(Oi-Pr)₄(百靈威)等均為商業可得的試劑，未經過額外處理，直接使用。