抑制钙钛矿离子迁移的钝化剂及其在太阳能电池中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种抑制钙钛矿离子迁移的钝化剂及其在太阳能电池中的应用。该钝化剂为富勒烯聚乙二醇醚衍生物：[6,6]

【技术实现步骤摘要】
抑制钙钛矿离子迁移的钝化剂及其在太阳能电池中的应用


[0001]本专利技术属于钙钛矿领域，具体涉及一种富勒烯聚乙二醇醚衍生物及其在太阳能电池中的应用。

技术介绍

[0002]有机
‑
无机杂化钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cells,PSCs)因具有加工成本低、能量转换效率(PCE)高等优点而得到迅速发展，值得关注的是虽然PSCs的PCE已接近理论效率，但器件稳定性问题限制了PSCs的实际应用。研究表明，小分子钝化材料可以通过与钙钛矿层表面基团的氢键、卤键、Lewis酸碱对等作用，自组装形成钝化层来抑制水、氧气等因素造成的钙钛矿分解，提高钙钛矿的稳定性。在现有技术中，所采用的这些钝化材料是本征绝缘的，虽然保护了钙钛矿，但不利于电荷传输，而且未能有效抑制钙钛矿层中的离子(如卤素离子)迁移。因此，需要基于钙钛矿层表面基团的特性，设计合成具有钝化/传输双功能的界面材料，即能抑制钙钛矿分解和离子迁移，又能有效传输电荷，以实现同时提高器件的PCE和稳定性。
[0003]参考文献：
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‑
19.

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是克服现有技术的不足，并提供了一种抑制钙钛矿离子迁移的钝化剂及其在太阳能电池中的应用。
[0010]本专利技术具体采用的技术方案如下：
[0011]第一方面，本专利技术提供了一种抑制钙钛矿离子迁移的钝化剂，该钝化剂为富勒烯聚乙二醇醚衍生物：[6,6]‑
苯基
‑
C
61
‑
丁酸六乙二醇单甲醚基酯(PCBHGE)，结构式为：
[0012][0013]第二方面，本专利技术提供了一种如上述第一方面所述钝化剂的应用，该应用是将钝化剂作为钙钛矿活性层添加剂，提高钙钛矿太阳能电池器件的能量转换效率。
[0014]第三方面，本专利技术提供了一种如上述第一方面所述钝化剂的应用，该应用是将钝化剂作为钙钛矿活性层添加剂，抑制钙钛矿层的离子迁移，提高钙钛矿太阳能电池器件的稳定性。
[0015]第四方面，本专利技术提供了一种用于钙钛矿太阳能电池的钙钛矿活性层材料，该材料为添加有上述第一方面所述钝化剂的钙钛矿材料。
[0016]第五方面，本专利技术提供了一种钙钛矿太阳能电池，该钙钛矿太阳能电池含有作为光活性层的钙钛矿活性层，且钙钛矿活性层的材料为上述第四方面所述的钙钛矿活性层材料。
[0017]作为上述第五方面的优选，所述钙钛矿太阳能电池从下到上依次由玻璃基底、透明导电电极、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层与金属电极层组成。
[0018]作为上述第五方面的优选，所述的电子传输层材料为二氧化锡。
[0019]作为上述第五方面的优选，所述的空穴传输层材料为spiro
‑
OMeTAD。
[0020]作为上述第五方面的优选，所述的玻璃基底和透明导电电极为ITO透明导电玻璃。
[0021]作为上述第五方面的优选，所述的金属电极层为金电极层。
[0022]本专利技术提供的富勒烯聚乙二醇醚衍生物(PCBHGE)可作为添加至钙钛矿材料中的钝化剂，抑制钙钛矿分解和离子迁移，又能有效传输电荷，提高钙钛矿太阳能电池器件的能量转换效率和稳定性。本专利技术将PCBHGE引入钙钛矿活性层中，通过PCBHGE中氧原子和钙钛矿中铅原子相互作用形成Lewis酸碱对，稳定了钙钛矿晶体结构中的[PbI6]4‑
八面体骨架，同时由于PCBHGE中C
60
对缺陷的高效钝化减少了离子迁移的通道，从而使得具有离子晶体性质的钙钛矿材料中的离子迁移现象被显著抑制，有效地提高了器件的光电转换效率和稳定性。其具体的定量效果后续将结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例中钙钛矿太阳能电池的器件结构；
[0024]图2为本专利技术实施例1中有/无PCBHGE修饰的PbI2薄膜的XPS谱图；
[0025]图3为本专利技术实施例1中PCBHGE和有/无PCBHGE修饰的PbI2薄膜的傅里叶红外光谱图；
[0026]图4为本专利技术实施例1中有/无PCBHGE修饰的钙钛矿太阳能电池的电流
‑
电压曲线；
[0027]图5为本专利技术实施例1中有/无PCBHGE修饰的器件的电流
‑
电压曲线；
[0028]图6为本专利技术实施例1中为有/无PCBHGE修饰钙钛矿活性层的钙钛矿太阳能电池的截面图和对应区域的能谱图；
[0029]图7为本专利技术实施例1中为有/无PCBHGE修饰钙钛矿活性层的钙钛矿太阳能电池的时间相关瞬态响应测试拟合出的离子迁移激活能；
[0030]图8为本专利技术实施例1中为有/无PCBHGE修饰钙钛矿活性层的钙钛矿太阳能电池器件的稳定性测试；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抑制钙钛矿离子迁移的钝化剂，其特征在于，该钝化剂为富勒烯聚乙二醇醚衍生物：[6,6]
‑
苯基
‑
C
61
‑
丁酸六乙二醇单甲醚基酯(PCBHGE)，结构式为：2.一种如权利要求1所述钝化剂的应用，其特征在于，将钝化剂作为钙钛矿活性层添加剂，提高钙钛矿太阳能电池器件的能量转换效率。3.一种如权利要求1所述钝化剂的应用，其特征在于，将钝化剂作为钙钛矿活性层添加剂，抑制钙钛矿层的离子迁移，提高钙钛矿太阳能电池器件的稳定性。4.一种用于钙钛矿太阳能电池的钙钛矿活性层材料，其特征在于，为添加有权利要求1所述钝化剂的钙钛矿材料。5.一种钙钛矿太阳能电池，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷鸣，余学功，阚晨霞，唐泽丰，杨德仁，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：