一种优化钙钛矿薄膜的方法及得到的钙钛矿薄膜与用途技术

本发明专利技术属于光伏技术领域。本发明专利技术提供了一种优化钙钛矿薄膜的方法及得到的钙钛矿薄膜与用途，所述方法使用含有双功能钝化添加剂的钙钛矿前驱体形成钙钛矿薄膜；所述双功能钝化添加剂包括含有短链阳离子的三氟乙酸盐，所述短链中，碳原子的个数≤6。所述双功能钝化添加剂中的短链阳离子能在钙钛矿中引入一维结构，有效钝化体相缺陷，同时，三氟乙酸阴离子有效钝化卤素阴离子缺陷，因而实现了双功能钝化效果。所得钙钛矿薄膜形成的太阳能电池的转换效率及稳定性得到明显改善。率及稳定性得到明显改善。

【技术实现步骤摘要】
一种优化钙钛矿薄膜的方法及得到的钙钛矿薄膜与用途


[0001]本专利技术属于太阳能光伏领域，涉及一种优化钙钛矿薄膜的方法及得到的钙钛矿薄膜与用途。

技术介绍

[0002]近年来，钙钛矿太阳能电池(PSCs)的功率转换效率(PCE)得到了迅猛的提高，单结有机
‑
无机金属卤化钙钛矿太阳能电池在实验室规模的器件中展现出了出色的性能，缩小了与市场主导的硅太阳能电池的最高PCE的差距。因此，它被认为是一个极具潜力的新兴光伏技术的研究方向。
[0003]目前，反式p
‑
i
‑
n型PSCs已经显示出在柔性和基于钙钛矿的串联光伏上的巨大潜力，但与使用更广泛的n
‑
i
‑
p型结构相比，其仍存在关键的问题亟待解决。其中，由于钙钛矿/电子传输层界面存在因晶界缺陷及产生界面重组而引起的严重非辐射重组损失，这极大限制了反式p
‑
i
‑
n型PSCs的开路电压(V
OC
)和填充系数(FF)，因而阻碍了PCE的进一步提高。
[0004]作为一种有效的手段，研究人员会使用添加剂来实现对PSCs的优化和调整，目前，常用的添加剂有MACl(氯化甲铵)、MDACl2、十七氟磺酸盐、IPAmHCl等等。
[0005]例如，CN115207227A公开了一种钙钛矿层制备方法，通过在两步法的第二步中添加硫氰酸根化合物，特别是氯化甲铵和硫氰酸甲基铵(MASCN)的混合物，能控制钙钛矿的成膜过程，优化晶粒尺寸，尤其是能提升在绒面形貌上钙钛矿层的生长。
[0006]CN115050893A公开了一种基于生物碱添加剂的钙钛矿太阳能电池，通过将含有不同官能团的生物碱分子(如腺嘌呤和胞嘧啶)引入钙钛矿前驱体溶液中，用来改善钙钛矿太阳能电池的性能和稳定性。研究结果表明，羰基官能团能与前驱液中的[PbX6]相互作用，能减少成核位点，增大晶粒尺寸，提高薄膜质量。
[0007]CN111525038A公开了一种掺杂有多功能添加剂的钙钛矿太阳电池，通过将2,2
‑
二氟丙二酰胺混入至钙钛矿前驱液制备出钙钛矿吸收层，利用2,2
‑
二氟丙二酰胺中的多种有机官能团(
‑
NH2、
‑
C＝O、
‑
F)，分别与钙钛矿材料中的各组分相互作用，从而有效地提高钙钛矿薄膜质量、钝化钙钛矿薄膜缺陷，减少复合，抑制薄膜的分解，最终提高钙钛矿太阳电池的效率和稳定性。
[0008]可见，添加剂的合理使用将有效在钙钛矿薄膜形貌的调控、甲脒和铯基钙钛矿的稳定相、PSC中能级的调整、抑制钙钛矿中的非辐射复合、消除迟滞等多方面发挥作用，最终有利于提高PSC的工作稳定性和转换效率，因此，开发新的添加剂以优化钙钛矿薄膜及含有其的器件是具有重要意义。

技术实现思路

[0009]鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种优化钙钛矿薄膜的方法及得到的钙钛矿薄膜与用途，所述方法使用含有双功能钝化添加剂的钙钛矿前驱体形成钙
钛矿薄膜；所述双功能钝化添加剂包括含有短链阳离子的三氟乙酸盐，所述短链中，碳原子的个数≤6。所述双功能钝化添加剂中的短链阳离子能在钙钛矿中引入一维结构，有效钝化体相缺陷，同时三氟乙酸阴离子有效钝化卤素阴离子缺陷，因而实现了双功能钝化效果。所得钙钛矿薄膜形成的太阳能电池的转换效率及稳定性得到明显改善。
[0010]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0011]第一方面，本专利技术提供了一种优化钙钛矿薄膜的方法，所述方法包括：
[0012]将双功能钝化添加剂与钙钛矿原料混合，得到钙钛矿前驱体，利用所述钙钛矿前驱体形成钙钛矿薄膜。
[0013]所述双功能钝化添加剂包括含有短链阳离子的三氟乙酸盐，所述短链中，碳原子的个数≤6。
[0014]本专利技术利用含有短链阳离子的三氟乙酸盐作为双功能钝化添加剂，短链阳离子与钙钛矿前驱体中过量的PbI2形成一维结构，一维结构有效钝化体相缺陷，且一维结构的钝化机理与广泛研究的低维钙钛矿覆盖层或准二维结构不同，其不仅分布在顶面和体相内部，而且还在所形成的三维钙钛矿薄膜的掩埋界面处积累，实现了多级分布，即，本专利技术得到的是在三维结构中均匀分散遍布有一维结构的钙钛矿。因此，在钙钛矿成膜时，这种分布模式也成功地钝化了三维钙钛矿的表面和晶界，有效减少非辐射复合。同时，有短链阳离子的三氟乙酸盐中的三氟乙酸阴离子能有效钝化卤素缺陷，并抑制卤化物离子的迁移，从而提高钙钛矿相的稳定性。使用所述短链阳离子的三氟乙酸盐作为双功能钝化添加剂得到的钙钛矿薄膜所形成的太阳能电池中，V
OC
及FF均得到明显提升，进而有效提高了PCE。
[0015]本专利技术所述短链包括烷基疏水短链，每个烷基疏水短链中的碳原子的个数≤6个，例如可以是6个、5个、4个、3个、2个或1个，优选≤4个，即，优选为丁基、丙基、乙基或甲基。
[0016]以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。
[0017]作为本专利技术优选的技术方案，所述短链阳离子包括短链铵阳离子。
[0018]本专利技术利用短链形成一维钙钛矿，当没有短链时不会形成一维钙钛矿，不能实现钝化体相缺陷的效果。而且短链的长度和数量会影响钝化效果，以短链铵阳离子为例，与氮元素(用N表示)连接的每个碳短链的长度过长会导致二维钙钛矿形成，且较长链导致半径过大不利于电荷传输，而与N连接的碳链的数量增加时，N
+
带来的正电荷在体相里表现出更好的均匀性，更有利于促进电荷转移。
[0019]优选地，所述含有短链阳离子的三氟乙酸盐包括四丁基三氟乙酸铵、四丙基三氟乙酸铵、四乙基三氟乙酸铵或四甲基三氟乙酸铵中的任一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性的实例包括四丁基三氟乙酸铵与四丙基三氟乙酸铵的组合，四丁基三氟乙酸铵与四乙基三氟乙酸铵的组合、四丁基三氟乙酸铵与四甲基三氟乙酸铵的组合、四丙基三氟乙酸铵与四乙基三氟乙酸铵的组合或四乙基三氟乙酸铵与四甲基三氟乙酸铵的组合。
[0020]作为本专利技术优选的技术方案，所述钙钛矿的结构为ABX3；其中，A位元素包括有机阳离子和/或第二金属阳离子，B位元素包括第一金属阳离子，X位元素包括卤素阴离子。
[0021]优选地，所述有机阳离子包括CH3NH
3+
(MA)和/或NH2CH＝NH
2+
(FA)。
[0022]优选地，所述第二金属阳离子包括Cs
+
。
[0023]优选地，所述第一金属阳离子包括Pb
2+
和/或Sn
2+
。
[0024]优选地，所述卤素阴离子包括I
‑
、Cl
‑
或Br
‑
中的任意一种或至少两种的组合，所述组本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种优化钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，所述方法包括：将双功能钝化添加剂与钙钛矿原料混合，得到钙钛矿前驱体，利用所述钙钛矿前驱体形成钙钛矿薄膜；所述双功能钝化添加剂包括含有短链阳离子的三氟乙酸盐，所述短链中，碳原子的个数≤6。2.根据权利要求1所述的优化钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，所述短链阳离子包括短链铵阳离子；优选地，所述含有短链阳离子的三氟乙酸盐包括四丁基三氟乙酸铵、四丙基三氟乙酸铵、四乙基三氟乙酸铵或四甲基三氟乙酸铵中的任一种或至少两种的组合。3.根据权利要求1或2所述的优化钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，所述钙钛矿的结构为ABX3；其中，A位元素包括有机阳离子和/或第二金属阳离子，B位元素包括第一金属阳离子，X位元素包括卤素阴离子；优选地，所述有机阳离子包括CH3NH
3+
和/或NH2CH＝NH
2+
；优选地，所述第二金属阳离子包括Cs
+
；优选地，所述第一金属阳离子包括Pb
2+
和/或Sn
2+
；优选地，所述卤素阴离子包括I
‑
、Cl
‑
或Br
‑
中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述钙钛矿为甲脒基钙钛矿；优选地，在所述钙钛矿原料中，B位元素的摩尔量相对于A位元素的摩尔量过量2％～9％。4.根据权利要求1
‑
3任意一项所述的优化钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，向含有钙钛矿原料的溶液中加入所述双功能钝化添加剂，形成钙钛矿前驱体溶液，涂布所述钙钛矿前驱体溶液，形成所述钙钛矿薄膜；优选地，所述双功能钝化添加剂的加入量为，每摩尔钙钛矿加入0.1～0.8mmol；优选地，所述涂布包括刮涂；优选地，所述刮涂的刮速为10～15mm/s。5.根据权利要求4所述的优化钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，所述涂布结束后，先利用惰性气吹去多余溶液，然后进行退火，得到所述钙钛矿薄膜；优选地，所述退火包括第一段退火及第二段退火；优选地，所述第一段退火的温度为65～75℃，时间为1～3min；优选地，所述第二段退火的温度为100～120℃，时间为35～45min；优选地，所述钙钛矿薄膜为含有一维结构的三维钙钛矿薄膜；优选地，所述钙钛矿薄膜的厚度为400～650nm。6.一种钙钛矿薄膜，其特征在于，根据权利要求1
‑
5任意一项所述的方法制得。7.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，含有权利要求6所述的钙钛矿薄膜。8.根据权利要求7所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池为p
‑
i
‑
n...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱荣志，卫宁，倪俊杰，邵君，于振瑞，
申请(专利权)人：极电光能有限公司，
类型：发明
国别省市：