一种掺杂谷氨酸香豆素衍生物的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

本发明属于钙钛矿太阳能电池，具体涉及一种掺杂谷氨酸香豆素衍生物的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、太阳能电池是利用光生伏特效应将太阳能直接转换为电能，由于硅基的太阳能电池制备工艺复杂、成本高昂，所以急需发展一种制备简单、成本低廉的太阳能电池电池技术，钙钛矿太阳能电池在所有类型的电池中最具潜力。

2、经过短短10余年的发展，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经达到26.1％，但器件的长期运行稳定性问题还无法解决，故其前途还不是特别明朗。由于钙钛矿太阳能电池的组分复杂和其软晶格特性，在光照、温度、潮气等外界因素的作用下，容易诱导钙钛矿中的离子发生迁移，进而使得钙钛矿光吸收层发生老化分解，严重影响器件的效率和稳定性。因此，制备高质量钙钛矿吸光层有着重要的意义。

3、钙钛矿太阳能电池层吸光层的质量影响器件的性能，在钙钛矿前驱体溶液中掺杂合适的添加剂，可以增加钙钛矿结晶位点，促进钙钛矿结晶，进而调控钙钛矿的成膜质量。添加剂的加入还可以影响钙钛矿能级排列，减少缺陷态密度，促进载流子的提取，进而影响钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和器件的长期稳定性。

4、公告号为cn112436091b的专利文献公开了一种稀土离子掺杂的新型钙钛矿太阳能电池，由上而下依次为对电极(au)、空穴传输层(spiro-ometad)、钙钛矿光吸收层(cs2agbibr6)、电子传输层(sno2)及透明导电玻璃衬底(ito)；所述的稀土离子为铈和镱等。该发明在传统的fto/sno2/cs2agbibr6/spiro-ometad/au器件结构基础上，通过在cs2agbibr6钙钛矿光吸收层中掺入稀土，可以降低禁带宽度，拓宽光谱吸收范围，进而提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。

5、公开号为cn110854271a的专利文献公开了一种高稳定钙钛矿太阳能电池及其制备方法，太阳能电池由下至上依次包括导电玻璃层，致密电子传输层，钙钛矿吸光层，空穴传输层和对电极层。该发明通过在钙钛矿电池的吸光层中加入dpsi(3-(癸基二甲基铵)-丙烷磺酸内盐)和pbcl2，在两种添加剂的协同配合下，得到一种具有高开路电压的器件。该发明通过元素调控和添加剂缺陷钝化，不仅解决了稳定性低这一阻碍钙钛矿商业化的关键问题，同时还解决了二元钙钛矿太阳能电池相对于三元钙钛矿电池的光电转化效率偏低的问题。

6、虽然现有技术对钙钛矿太阳能电池的研究已经取得了一定的成果,但在金属卤化物钙钛矿中，由于钙钛矿本身的离子性、多晶性等特征，钙钛矿薄膜在退火过程中经历不一致的热膨胀和冷却收缩，会不可避免地在钙钛矿薄膜中产生残余应力，进而诱导产生缺陷，发生相分离，这些缺陷通常会成为非辐射电荷复合的位点，而相分离严重影响钙钛矿的稳定性，从而影响器件的性能和寿命。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种掺杂谷氨酸香豆素衍生物的钙钛矿太阳能电池，该太阳能电池的钙钛矿吸光层中掺杂有谷氨酸香豆素衍生物，具备高的光电转化效率和稳定性。

2、一种掺杂谷氨酸香豆素衍生物的钙钛矿太阳能电池，包括由下至上的导电基底、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层和电极层，其中所述的钙钛矿吸光层中掺杂有谷氨酸香豆素衍生物。

3、本发明的钙钛矿太阳能电池的钙钛矿吸光层中掺杂有谷氨酸香豆素衍生物，在钙钛矿前驱体溶液中掺杂谷氨酸香豆素衍生物，可以释放钙钛矿热退火过程中产生的残余应力，有效抑制钙钛矿薄膜的相分离，钝化钙钛矿薄膜中的阴、阳离子缺陷，进而减缓器件的分解速率，提升器件的稳定性。此外，掺杂谷氨酸香豆素衍生物可以促进钙钛矿薄膜对太阳光的吸收，同时使得钙钛矿薄膜的humo和lumo能级发生偏移，形成一种有利于电子和空穴传输的能级排列，促进载流子的提取，进而提升器件的光电性能。

4、优选地，所述的谷氨酸香豆素衍生物的结构式为：

5、

6、其中，所述的n为1～10的整数，r为甲基或乙基，x为f、cl、br或i。

7、优选地，所述的导电基底为fto或ito。

8、优选地，所述的空穴传输层材料为meo-2pacz。

9、优选地，所述的钙钛矿吸光层材料包括fapbi3、mapbbr3或cspb(ixbr1-x)3，其中0<x<1中的一种或多种。

10、优选地，所述的电子传输层材料为pc61bm。

11、优选地，所述的电极层材料为ag，厚度为80～100nm。

12、优选地，所述的钙钛矿太阳能电池还包括电子传输修饰层，所述的电子传输修饰层位于电子传输层和电极层之间。

13、优选地，所述的电子传输修饰层材料为bcp。

14、本发明还提供了一种上述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，该方法通过向钙钛矿前驱体溶液中掺杂谷氨酸香豆素衍生物，制备得到了高质量的钙钛矿薄膜，从而使得制备的钙钛矿太阳能电池具有优异的光电性能和稳定性。

15、一种上述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

16、(1)在导电基底上旋涂空穴传输材料，退火，得到空穴传输层；

17、(2)在步骤(1)得到的空穴传输层上涂覆掺杂有谷氨酸香豆素衍生物的钙钛矿前驱体溶液，退火，得到钙钛矿吸光层；

18、(3)在步骤(2)得到的钙钛矿吸光层上涂覆电子传输材料，退火，得到电子传输层；

19、(4)在步骤(3)得到的电子传输层上蒸镀电极材料，得到所述的钙钛矿太阳能电池。

20、优选地，步骤(1)中，所述的空穴传输材料为sam溶液，所述的sam溶液的溶质为meo-2pacz，溶剂为乙醇，所述的sam溶液浓度为0.1～1.0mg/ml。

21、更优选地，所述的sam溶液浓度为0.1～0.5mg/ml。

22、优选地，步骤(1)中，所述的退火温度为100～150℃，时间为10～20min。

23、优选地，步骤(2)中，所述的掺杂有谷氨酸香豆素衍生物的钙钛矿前驱体溶液的制备方法为：将谷氨酸香豆素衍生物添加到钙钛矿前驱体溶液中，加热搅拌。

24、优选地，所述的加热温度为50-80℃，搅拌时间为30min。

25、优选地，所述的钙钛矿前驱体溶液的溶质包括fapbi3、mapbbr3或cspb(ixbr1-x)3，其中0<x<1中的一种或多种，溶剂包括n、n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或n-甲基吡咯烷酮中的至少一种。

26、优选地，所述的谷氨酸香豆素衍生物在钙钛矿前驱体溶液中的掺杂量为0.1～10mg/ml。

27、更优选地，所述的谷氨酸香豆素衍生物在钙钛矿前驱体溶液中的掺杂量为0.1～5mg/ml。

28、优选地，步骤(2)中，所述的退火温度为100～150℃，退火时间30～60min。

29、优选地，步骤(2)中，在空穴传输层上涂覆掺杂有谷氨酸香豆素衍生物的钙钛矿前驱体溶液的过程中滴加反溶剂。

30、优选地，所述的反溶剂包括乙醚、乙酸乙酯、氯苯或苯甲醚。

31、优选地，步骤(3)中，所述的电子传输材料为pc61bm的氯苯溶液，所述的pc61bm的氯苯溶液的浓度为10～25mg/ml。

32、优选地，步骤(3)中，所述的退火温度为60-70℃，时间为5-10min。

33、优选地，步骤(3)之后还包括向所述的电子传输层上涂覆电子传输修饰材料，退火，得到电子传输修饰层。

34、优选地，所述的电子传输修饰材料为bcp的异丙醇溶液，所述的bcp的异丙醇溶液的浓度为0.5～1.0mg/ml。

35、优选地，所述的制备电子传输修饰层的退火温度为100-120℃，时间为10-15min。

36、相比与现有技术，本发明至少具备以下有益效果：

37、(1)本发明的钙钛矿太阳能电池的钙钛矿吸光层中掺杂有谷氨酸香豆素衍生物，在钙钛矿前驱体溶液中掺杂谷氨酸香豆素衍生物，可以释放钙钛矿热退火过程中产生的残余应力，有效抑制钙钛矿薄膜的相分离，钝化钙钛矿薄膜中的阴、阳离子缺陷，进而减缓器件的分解速率，提升器件的稳定性。此外，掺杂谷氨酸香豆素衍生物可以促进钙钛矿薄膜对太阳光的吸收，同时使得钙钛矿薄膜的humo和lumo能级发生偏移，形成一种有利于电子和空穴传输的能级排列，促进载流子的提取，进而提升器件的光电性能。

38、(2)本发明通过向钙钛矿前驱体溶液中掺杂谷氨酸香豆素衍生物，得到了高质量的钙钛矿薄膜，进而制备得到了具备优异的光电转化效率和稳定性的钙钛矿太阳能电池。本发明制备方法简单、易操作，适合大规模生产。