一种钙钛矿薄膜用界面钝化材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种钙钛矿薄膜用界面钝化材料及其制备方法和应用，所述界面钝化材料包括碳化2

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿薄膜用界面钝化材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于钙钛矿太阳能电池
，具体涉及一种钙钛矿薄膜用界面钝化材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着社会经济的发展，能源短缺和环境污染对人类生活影响越来越大，太阳能这种新型清洁能源得到了大力推广和研究。其中钙钛矿半导体材料具有双极性传输、带隙可调节、载流子扩散速度快、扩散距离长以及制备工艺简单、价格低廉等特点被广泛应用于太阳能电池领域。但是，目前钙钛矿太阳电池的长期稳定性是最需要解决的问题。以光生伏特效应理论为基础的光伏电池是一种直接将太阳能转换成电能的器件，通过光伏转换进行供电被认为是一种十分有前景的新能源技术。
[0003]有机
‑
无机卤化钙钛矿半导体材料具有吸光系数高、载流子迁移率大、带隙可调和双极性载流子传输等优点，相对较低的缺陷密度和优异的缺陷容忍性使其在光伏领域具有很大的潜力。自2009年日本桐荫横滨大学的Miyasaka等人率先将钙钛矿材料作为太阳能电池的吸光材料制备电池以来，有机
‑
无机卤化钙钛矿太阳能电池的光电转换效率由最初报道的3.8％持续提高至最近认证的25.7％，逐渐逼近其Shockley
‑
Queisser(SQ)极限。值得一提的是，简单的低温溶液制备过程和电池结构以及充足的低成本原材料为钙钛矿太阳能电池产业化提供了坚实的基础。然而，钙钛矿太阳能电池产业化仍面临两大难题。一方面，大多数钙钛矿电池的光吸收层是多晶钙钛矿，晶体表面和晶界处的缺陷使钙钛矿对外部环境(湿度、热、光或氧气)极其敏感，光吸收层的降解对电池设备的长期运行稳定性造成严重隐患。另一方面，虽然实验室小面积钙钛矿太阳能电池器件的效率逐年接近其SQ极限，但扩大到大规模制造后，效率往往会遭受很大的损失。因此，提高钙钛矿太阳能电池的光稳定性、高湿高热稳定性是极其重要的。
[0004]为了解决上述问题，已经报道了一系列缺陷控制策略。例如，将有机铵盐、长链聚合物等引入钙钛矿薄膜表面以及晶界处可以抑制水热条件下有机阳离子的逃逸，为了抑制I
‑
迁移以及进一步氧化造成的晶格缺陷，卤素离子(Cl
‑
或Br
‑
)被引入钙钛矿薄膜中以增强晶格应变弛豫；离子的氧化还原也可以减少I
‑
氧化造成的缺陷。然而，对于刮涂技术制备的钙钛矿薄膜，如何有效地抑制钙钛矿薄膜内的离子迁移仍然是一个难题，这对制备大面积钙钛矿太阳能电池具有重要意义。
[0005]因此，开发一种能够提高钙钛矿太阳能电池的光稳定性、高湿高热稳定性的界面钝化材料，是本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种钙钛矿薄膜用界面钝化材料及其制备方法和应用。采用所述界面钝化材料对钙钛矿活性层进行修饰，获得了低缺陷和优异界面特性的高质量钙钛矿薄膜，有效提升了电池的效率和稳定性，得到高稳定性和
效率的钙钛矿太阳能电池。
[0007]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种钙钛矿薄膜用界面钝化材料，所述界面钝化材料包括碳化2
‑
甲基咪唑锌盐与巯基铋类化合物混合后碳化的产物；所述铋类化合物的分子结构包含巯基和铋元素。
[0009]本专利技术中，采用碳化2
‑
甲基咪唑锌盐与包含巯基和铋元素的巯基铋类化合物混合后碳化的产物对钙钛矿层(钙钛矿薄膜)进行修饰，能够有效固定钙钛矿薄膜表面的碘离子和碘单质；巯基官能团与钙钛矿薄膜表面配位不饱和的铅通过界面Pb
‑
S键将碳化2
‑
甲基咪唑锌盐(ZIF
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8)锚定在钙钛矿薄膜表面，有效的钝化铅缺陷并阻止铅的泄露；并且高温碳化的ZIF
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8的多孔结构也能有效阻止水汽对于钙钛矿的侵蚀，抑制了钙钛矿薄膜的分解；通过碳化2
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甲基咪唑锌盐与巯基铋类化合物相互配合，有效提高了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率以及光稳定性和高湿高热稳定性。所述巯基铋类化合物可以是指分子结构包含巯基和铋元素的有机物。
[0010]优选地，所述碳化2
‑
甲基咪唑锌盐与巯基铋类化合物的质量比为(1～10):1，例如可以为1:1、1.5:1、2:1、2.5:1、3:1、3.5:1、4:1、4.5:1、5:1、5.5:1、6:1、6.5:1、7:1、7.5:1、8:1、8.5:1、9:1、9.5:1、10:1等；进一步优选为(3～7):1。
[0011]本专利技术中，所述碳化2
‑
甲基咪唑锌盐与巯基铋类化合物的质量比在上述限定范围内，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率更高，稳定性更好；不在上述范围内，性能变差。
[0012]优选地，所述碳化2
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甲基咪唑锌盐与巯基铋类化合物混合后碳化的温度为800～1300℃，例如可以为800℃、820℃、840℃、860℃、880℃、900℃、920℃、940℃、960℃、980℃、1000℃、1020℃、1040℃、1060℃、1080℃、1100℃、1120℃、1150℃、1180℃、1200℃、1220℃、1240℃、1260℃、1280℃、1300℃等。
[0013]优选地，所述碳化2
‑
甲基咪唑锌盐采用如下方法进行制备，所述方法包括：
[0014]将2
‑
甲基咪唑锌盐进行碳化，得到所述碳化2
‑
甲基咪唑锌盐。
[0015]优选地，所述碳化在保护气氛中进行。
[0016]本专利技术中，所述保护气氛包括但不限于氮气、氩气等。
[0017]优选地，所述碳化包括经历第一阶段碳化和第二阶段碳化。
[0018]优选地，所述第一阶段碳化的温度为700～950℃，例如可以为700℃、720℃、740℃、760℃、780℃、800℃、820℃、840℃、860℃、880℃、900℃、920℃、940℃、950℃等；第一阶段碳化的时间为1～3h，例如可以为1h、1.2h、1.4h、1.5h、1.6h、1.8h、2h、2.2h、2.4h、2.6h、2.8h、3h等。
[0019]优选地，所述第二阶段碳化的温度为1000～1400℃，例如可以为1000℃、1020℃、1050℃、1080℃、1100℃、1120℃、1140℃、1160℃、1180℃、1200℃、1220℃、1240℃、1260℃、1280℃、1300℃、1350℃、1380℃、1400℃等；第二阶段碳化的时间为0.5～2h，例如可以为0.5h、0.6h、0.8h、1h、1.2h、1.4h、1.6h、1.8h、2h等。
[0020]优选地，所述碳化的升温速率为10～50℃/min，例如可以为10℃/min、15℃/min、20℃/min、25℃/min、30℃/min、35℃/min、40℃/min、45本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿薄膜用界面钝化材料，其特征在于，所述界面钝化材料包含碳化2
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甲基咪唑锌盐与巯基铋类化合物混合后碳化的产物，所述巯基铋类化合物的分子结构包含巯基和铋元素。2.根据权利要求1所述的界面钝化材料，其特征在于，所述碳化2
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甲基咪唑锌盐与巯基铋类化合物的质量比为(1～10):1，进一步优选为(3～7):1。3.根据权利要求1或2所述的界面钝化材料，其特征在于，所述碳化2
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甲基咪唑锌盐与巯基铋类化合物混合后碳化的温度为800～1300℃。4.根据权利要求1或2所述的界面钝化材料，其特征在于，所述碳化2
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甲基咪唑锌盐采用如下方法进行制备，所述方法包括：将2
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甲基咪唑锌盐进行碳化，得到所述碳化2
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甲基咪唑锌盐；优选地，所述碳化在保护气氛中进行；优选地，所述碳化包括经历第一阶段碳化和第二阶段碳化；优选地，所述第一阶段碳化的温度为700～950℃，第一阶段碳化的时间为1～3h；优选地，所述第二阶段碳化的温度为1000～1400℃，第二阶段碳化的时间为0.5～2h。5.根据权利要求1～4任一项所述的界面钝化材料，其特征在于，所述巯基铋类化合物包括一维巯基铋类化合物；优选地，所述巯基铋类化合物的分子结构中还包含氨基和/或苯环。6.根据权利要求1～5任一项所述的界面钝化材料，其特征在于，所述巯基铋类化合物的制备原料包括2,5
‑
二氨基
‑
1,4
‑
苯二硫酚和铋盐；优选地，所述2,5

【专利技术属性】
技术研发人员：闻佳，陈瑞，邵君，
申请(专利权)人：极电光能有限公司，
类型：发明
国别省市：