一种Π共轭离子化合物及其应用、钙钛矿薄膜及其制备方法、钙钛矿太阳能电池技术

本发明专利技术属于太阳能电池技术领域，特别涉及一种Π共轭离子化合物及其应用、钙钛矿薄膜及其制备方法、钙钛矿太阳能电池。本发明专利技术提供的Π共轭离子化合物阴离子在埋底界面出现富集(电子传输层/钙钛矿界面)，使得Π共轭阳离子贯穿整个钙钛矿薄膜及表面，在钙钛矿薄膜成膜过程中阴阳离子自发分布。在平面异质结钙钛矿太阳能电池中应用该类添加剂，可获得高质量钙钛矿薄膜，同时可改善钙钛矿相邻两个界面的能级匹配程度，减少能量损失，实现高开路电压、高光电转化效率、良好稳定性的钙钛矿太阳能电池。池。池。

【技术实现步骤摘要】
一种
Π
共轭离子化合物及其应用、钙钛矿薄膜及其制备方法、钙钛矿太阳能电池


[0001]本专利技术属于太阳能电池
，特别涉及一种Π共轭离子化合物及其应用、钙钛矿薄膜及其制备方法、钙钛矿太阳能电池。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池不太理想的开路电压归因于钙钛矿材料内部和界面处的存在相当大的缺陷密度或复合中心，导致出现非辐射复合损失。由于这些缺陷导致能量无序和载流子浓度降低，从而降低准费米能级分裂，劣化器件的开路电压。此外，精细的调控钙钛矿和电子传输层以及空穴传输层之间的能带排列，在活性层的两个界面提供有效的电荷载流子提取和转移，也可以有效的减少器件中的电压损失。总之，降低钙钛矿薄膜缺陷态密度、调控界面层能级排列是获得高效稳定钙钛矿太阳能电池的先决条件。
[0003]优化钙钛矿晶界及相邻两个界面的缺陷态密度和能级排列，可以显着提高钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。例如通过额外的两步过程，将PMMA或黑色磷烯薄膜应用于钙钛矿相邻两个界面，双面缺陷钝化方法产生了具有高开路电压的器件。又如，使用烷基铵盐的双钝化策略可以同时钝化钙钛矿/C60界面以及晶界中的缺陷。再如，通过GuaI/tBPMAI的混合溶液后处理钙钛矿薄膜，实现了钙钛矿晶界和相邻界面的多元优化。然而，用一种材料、一步简单操作，可以改善钙钛矿薄膜，降低陷阱态密度，同时改善钙钛矿相关界面(电子传输层/钙钛矿和钙钛矿/空穴传输层界面)能级排列是艰难的。因此，考虑到现有分子添加剂性能和使用方法，设计可以协同促进晶界和异质结的添加剂有利于大幅度提高钙钛矿太阳能电池光伏性能。
[0004]离子化合物是一类很优异的钙钛矿添加剂，这些离子化合物不仅影响钙钛矿的结晶动力学，获得高质量钙钛矿薄膜，而且还与电荷传输层金属氧化物相互作用。然而，许多报道的离子化合物是具有高挥发性的电绝缘体，它们的加入不可避免地增加了串联电阻，阻碍了钙钛矿太阳能电池中的电荷传输，缺陷态密度和能级排列效果欠佳(Jung,E.D.；Harit,A.K.；Kim,D.H.；Jang,C.H.；Park,J.H.；Cho,S.；Woo,H.Y.Multiply Charged Conjugated Polyelectrolytes as a Multifunctional Interlayer for Efficient and Scalable Perovskite Solar Cells.Adv.Mater.2020,32(30),2002333；Huang,J.；Yuan,Y.；Shao,Y.；Yan,Y.Understanding the Physical Properties ofHybrid Perovskites for PhotovoltaicApplications.Nat.Rev.Mater.2017,2(7),1
‑
19.)。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种Π共轭离子化合物，本专利技术提供的Π共轭离子化合物可以优化钙钛矿晶界及相邻两个界面的缺陷态密度和能级排列，显著提高了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和稳定性。
[0006]为了实现上述专利技术的目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种Π共轭离子化合物，所述Π共轭离子化合物的结构为：
[0008][0009]R为Π共轭基团；Π共轭基团为具有m个外延反应活性位点的Π共轭基团；
[0010]m为1～10的整数；
[0011]n为1～20的整数；
[0012]A为Cl、Br、I、BF4、PF6或TFSI。
[0013]优选的，所述R具有如下结构单元中的一种或多种：
[0014][0015][0016]本专利技术还提供了上述技术方案所述Π共轭离子化合物作为钙钛矿前驱液添加剂的应用。
[0017]本专利技术还提供了一种钙钛矿薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0018]将钙钛矿前驱液和钙钛矿前驱液添加剂混合，得到钙钛矿制膜液；
[0019]将所述钙钛矿制膜液成膜，将所得的湿膜退火，得到所述钙钛矿薄膜；
[0020]所述钙钛矿前驱液添加剂为上述技术方案所述Π共轭离子化合物。
[0021]优选的，所述钙钛矿前驱液中活性组分总摩尔量与钙钛矿前驱液添加剂的摩尔量的比为100：(0.01～5)。
[0022]优选的，所述钙钛矿前驱液中的活性组分包括铅基化合物和卤素化合物；
[0023]所述铅基化合物包括PbCl2、PbBr2、Pb(SCN)2和Pb(CH3COO)2中的一种或者多种；
[0024]所述卤素化合物为EX；E为CH3NH
3+
、NH2‑
CH＝NH
2+
、CH3CH2NH
3+
、CH3(CH2)2NH
3+
、CH3(CH2)3NH
3+
、Cs
+
、Li
+
和Na
+
中的一种或多种，X为F
‑
、Cl
‑
、Br
‑
和I
‑
中的一种或多种。
[0025]优选的，所述钙钛矿前驱液中铅基化合物和卤素化合物的总浓度为0.1～1.5mol/L；所述铅基化合物和卤素化合物的质量比为(0.9～1.2)：(0.9～1.2)。
[0026]优选的，所述退火的温度为80～150℃，时间为5～60min。
[0027]本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法得到的钙钛矿薄膜。
[0028]本专利技术还提供了一种钙钛矿太阳能电池，包括依次层叠的衬底、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层和电极，其特征在于，所述钙钛矿活性层为上述技术方案所述的钙钛矿薄膜。
[0029]本专利技术提供了一种Π共轭离子化合物，所述Π共轭离子化合物的结构为：
[0030][0031]R为Π共轭基团；Π共轭基团为具有m个外延反应活性位点的Π共轭基团；m为1～10的整数；n为1～20的整数；A为Cl、Br、I、BF4、PF6或TFSI。
[0032]在本专利技术中，所述Π共轭离子化合物在用于钙钛矿薄膜的制备时，其中的阴离子A
‑
在埋底界面出现富集(电子传输层/钙钛矿界面)，而Π共轭基团阳离子贯穿整个钙钛矿薄膜及表面，在钙钛矿薄膜成膜过程中阴阳离子自发分布。
[0033]将本专利技术提供的Π共轭离子化合物作为钙钛矿前驱液添加剂制备钙钛矿薄膜，并将所得的钙钛矿薄膜作为钙钛矿太阳能电池的钙钛矿活性层时，Π共轭离子化合物的阴阳离子自发分布的协同效应对钙钛矿太阳能电池三明治结构形成立体式调控，阴离子在电子传输层/钙钛矿界面富集，阳离子分布在晶界和薄膜表面处。具体来说：(1)阴阳离子在电子传输层表面形成偶极子，降低电子传输层表面功函数，促进电子传输；电子传输层埋底界面处富集的阴离子和一定量的Π共轭阳离子形成界面偶极子改善电子传输层界面能级排本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
+
、Cs
+
、Li
+
和Na
+
中的一种或多种，X为F
‑
、Cl
‑
、Br
‑
和I
‑
中的一种或多种。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿前驱液中铅基化合物和卤素化合物的总浓度为0.1～1....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘孝远，许宗祥，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：