[發(fā)明專利]含大尺寸強配位有機陰離子的鉀鹽在鈣鈦礦太陽能電池中的應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111490932.5
• 申請日: 2021-12-08
• 公開（公告）號: CN114156412B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳江照;白樂
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: H10K85/30
• 分類號: H10K85/30;H10K30/50;H10K30/15;H10K71/12;H10K71/40;H10K71/15
• 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: 廖曦

本發(fā)明涉及含大尺寸強配位有機陰離子的鉀鹽在鈣鈦礦太陽能電池中的應(yīng)用，屬于鈣鈦礦制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明將含有羧基和磺酸基、能夠與未配位的鉛離子發(fā)生強配位作用的大尺寸強配位有機陰離子鉀鹽用于制備鈣鈦礦太陽能電池。由于大尺寸強配位有機陰離子的磺酸官能團和羧基官能團能與未配位的鉛離子Pbsupgt;2+/supgt;和/或鹵素空位之間發(fā)生強配位相互作用，從而牢固錨定于鈣鈦礦太陽能電池晶界中，協(xié)同抑制晶界離子遷移和鈍化晶界缺陷，有效抑制鈣鈦礦太陽能電池發(fā)生相分離，使載流子遷移率顯著增加，提升鈣鈦礦薄膜的載流子壽命，同時界面處的載流子非輻射復(fù)合大幅減少，從而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，提供一種行之有效的高效穩(wěn)定鈣鈦礦太陽能電池的方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鈣鈦礦制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及含大尺寸強配位有機陰離子的鉀鹽在鈣鈦礦太陽能電池中的應(yīng)用和含大尺寸強配位有機陰離子鉀鹽的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。

背景技術(shù)

鈣鈦礦太陽能電池(PSC)因其成本低、帶隙可調(diào)、載流子擴散長度長、摩爾吸光系數(shù)高、可溶液加工、可彎折、功率轉(zhuǎn)換效率(PCE)高等優(yōu)點，成為發(fā)展最快速的太陽能電池技術(shù)，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)實現(xiàn)了25.5％的記錄認證效率。盡管PSC已實現(xiàn)較高的PCE，但其長期穩(wěn)定性始終面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，這阻礙了其商業(yè)化應(yīng)用。

眾所周知，多晶鈣鈦礦薄膜在高溫退火過程中會快速結(jié)晶和生長，不可避免地伴隨大量缺陷的產(chǎn)生，這些缺陷會阻礙載流子的傳輸、轉(zhuǎn)移和提取，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的體相與界面非輻射復(fù)合。人們已經(jīng)從實驗和理論上證明了空位缺陷(尤其鹵素空位)由于其形成能最低，所以在所有點缺陷中最容易形成；當(dāng)它遷移到晶界時，將成為載流子復(fù)合中心。此外，這些鹵素離子空位將成為鹵素離子遷移的通道，這將導(dǎo)致在晶界和/或界面處產(chǎn)生電荷積累，從而導(dǎo)致器件光伏性能下降。據(jù)報道，離子遷移引起的電荷積累和界面電容是鈣鈦礦太陽能電池產(chǎn)生遲滯的主要原因。而且，混合鹵素鈣鈦礦薄膜中的鹵素離子遷移會導(dǎo)致鈣鈦礦相分離，這是導(dǎo)致器件長期穩(wěn)定性較差的主要原因之一。因此，迫切需要通過鈍化空位缺陷來抑制離子遷移，從而阻斷離子遷移途徑通道。

盡管人們已經(jīng)開發(fā)了組分和溶劑工程來制備高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜，從而抑制多晶鈣鈦礦薄膜中缺陷的形成，但缺陷的生成不可完全避免。添加劑工程是一種公認非常有效的鈣鈦礦晶界缺陷鈍化策略。迄今為止，人們已經(jīng)探索了各種各樣的添加劑分子來鈍化鈣鈦礦薄膜中的缺陷，如路易斯酸、路易斯堿、有機/無機鹽等。在過去幾年中，鉀離子(K⁺)已被證實能夠有效地鈍化缺陷并抑制或消除遲滯現(xiàn)象。然而，報道過的鉀鹽添加劑分子通常采用無機陰離子，如鹵素陰離子、六氟磷酸根、硫酸根等。但由于它們的離子半徑仍與鹵素離子的半徑相似，這些無機陰離子仍容易發(fā)生遷移。通常，陰離子可通過離子鍵與鈣鈦礦相互作用，所以增強陰離子和鈣鈦礦之間的相互作用力將有利于鈍化缺陷和抑制離子遷移。鑒于此，可以通過結(jié)合具有強配位能力的官能團(例如羧酸(-COOH)和磺酸(-SO₃H))來設(shè)計大尺寸有機陰離子。

鑒于此，通過使用含有大尺寸有機陰離子來鈍化晶界缺陷和抑制離子遷移對于減小或消除遲滯、提升電池的效率和穩(wěn)定性至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的之一在于提供含大尺寸強配位有機陰離子的鉀鹽在鈣鈦礦太陽能電池中的應(yīng)用；本發(fā)明的目的之二在于提供一種含大尺寸強配位有機陰離子鉀鹽的鈣鈦礦太陽能電池；本發(fā)明的目的之三在于提供一種含大尺寸強配位有機陰離子鉀鹽的鈣鈦礦太陽能電池的制備方法。

為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

1.含大尺寸強配位有機陰離子的鉀鹽在鈣鈦礦太陽能電池中的應(yīng)用，所述含有大尺寸強配位有機陰離子的鉀鹽中的大尺寸強配位有機陰離子中含有羧基和磺酸基，所述大尺寸強配位有機陰離子能夠與未配位的鉛離子發(fā)生強配位作用。

優(yōu)選的，所述應(yīng)用具體為：將含有大尺寸強配位有機陰離子的鹽添加至鈣鈦礦太陽能電池(PSC)的鈣鈦礦吸光層中，用于修飾鈣鈦礦吸光層。