一种由羰基化合物提高钙钛矿太阳能电池稳定性的方法

本发明属于光电材料领域，具体涉及一种由羰基化合物提高钙钛矿太阳能电池稳定性的方法。

背景技术：

1、在碳中和的全球背景下，发展光伏发电有助于节能减排，钙钛矿太阳能电池具有制备成本低、光电功率转化效率高等优点。但钙钛矿在室温条件下容易发生相变，易生成非光活性的相，进而造成光电功率转化效率低，限制了钙钛矿太阳能电池的商业化应用。因此，保证钙钛矿太阳能电池良好的性能的条件下，制备高稳定性的钙钛矿太阳能电池具有重要的意义。

2、公开号为cn114914362a(20220816)，发明名称为“一种高效稳定钙钛矿太阳能电池的制备方法”的中国专利，公开了在钙钛矿前驱体溶液中加入钝化缺陷添加剂制备出钙钛矿吸光层，该钝化缺陷添加剂的小分子结构包括羰基、氨基、苯环和氟基。该专利想要解决的是目前很多材料中仅有单独一个官能团对钙钛矿作用，从而使器件的使用寿命减少。

3、公开号为cn111223994a(20220614)，发明名称为“一种采用羰基小分子作为添加剂的全印刷介观钙钛矿太阳能电池及其制备方法”的中国专利，公开了在钙钛矿前驱体溶液中引入浓度为6％摩尔比的羰基小分子添加剂碳酸乙烯酯作为钙钛矿结晶的钝化剂和交联剂，最终制备得到的钙钛矿太阳能电池的开路电压为0.92v，光电转换效率是15.44％。然而目前已有钙钛矿太阳能电池的光电转换效率达到20％以上，因此该专利策略制备的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率并不是很高。

4、综上所述，有必要提出新的方法和策略，以补充现有技术的不足。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的主要在于提供一种基于羰基化合物来提高钙钛矿太阳能电池稳定性的制备方法，具体技术方案如下。

2、一种基于羰基化合物制备高稳定性钙钛矿太阳能电池的方法，所述方法通过在钙钛矿吸收层中引入具有至少3个羰基官能的三维化合物用以抑制钙钛矿中的非光学活性相(稳定光学活性相)，所述具有至少3个羰基官能团的三维化合物为4,4’,4”-氮基三苯甲醛，其与所述钙钛矿吸收层中碘化铅的摩尔浓度为0.3～6mm：1～1.6m。

3、4,4’,4”-氮基三苯甲醛的分子式为c21h15no3，该分子具有三维结构，且具有三个羰基官能团(-c＝o)，能够在空间上和钙钛矿中未参与反应的铅反应，从而稳定钙钛矿的晶体结构。

4、进一步，所述4,4’,4”-氮基三苯甲醛与所述钙钛矿吸收层中碘化铅的摩尔浓度为1mm：1～1.6m。

5、进一步，所述方法的具体步骤如下：

6、s01：清洗透明导电玻璃层；

7、s02：将30％氧化锡溶液与去离子配制为水分散溶液，然后滴加旋涂在导电玻璃层上制备出氧化锡电子传输层；

8、s03：将0.3mm～6mm的4,4’,4”-氮基三苯甲醛与1～1.6m碘化铅混合溶液混合，然后滴加旋涂到所述氧化锡电子传输层上形成碘化铅薄膜，进一步配制有机配体溶液，所述有机配体溶液包括0.02～0.06m的甲基碘化胺、0.10～0.30m的甲基氯化胺和0.4～0.7m的甲脒氢碘酸盐，将所述有机配体溶液滴加到所述碘化铅薄膜上旋涂制备钙钛矿层；

9、s04：以异丙醇为溶剂，配制2～6mg/ml的苯乙基碘化胺溶液旋涂到钙钛矿层上制备苯乙基碘化胺层；

10、s05：制备spiro-ometad空穴传输层；

11、s06：蒸镀氧化钼和银电极。

12、进一步，s02中30％氧化锡溶液与去离子水体积比为1:3～1:4。

13、进一步，s03中形成碘化铅薄膜的操作为以1500～2000转/分旋涂旋涂10～40秒，70℃退火0.5～3分钟。

14、进一步，s03中制备钙钛矿层的操作为以1600～2300转/分旋涂10～40秒，在20～40％的相对湿度下130～170℃退火10～30分钟。

15、进一步，s05中制备60～90mg/ml的spiro-ometad溶液，进一步加入20～40μl的4-叔丁基吡啶溶液和240～300mg/ml的双三氟甲烷磺酰亚胺锂溶液，在苯乙基碘化胺层以2000～5000转/分旋涂20～40秒。

16、进一步，s06中蒸镀1～9nm的氧化钼和100～160nm的银。

17、由上述方法制备得到的钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池中的光吸收层为甲脒基钙钛矿。

18、进一步，所述甲脒基钙钛矿厚度范围为700～800nm。

19、有益技术效果

20、1.本发明提供的制备方法，在制备钙钛矿光吸收层过程中仅引入具有至少3个羰基且空间结构为三维结构的化合物分子，用于稳定钙钛矿的光学活性相，极大的提高钙钛矿太阳能电池的稳定性。实现了仅用单一官能团的化合物提高了钙钛矿太阳能电池的稳定性。本发明方法制备得到的钙钛矿太阳能电池最高光电转换效率为24.6％，且在经过了1000h稳定性检测后能保持90％以上的初始pce。xrd检测证明非光活性的相被明显抑制。

21、2.本发明方法引入的空间三维结构的分子还能钝化钙钛矿太阳能电池的内部缺陷和减少非辐射复合，以提高钙钛矿太阳能电池的开路电压，其最佳开路电压为1.7v。

技术特征：

1.一种基于羰基化合物制备高稳定性钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，所述方法通过在钙钛矿吸收层中引入具有至少3个羰基官能的三维化合物用以抑制钙钛矿中的非光学活性相，所述具有至少3个羰基官能团的三维化合物为4,4’,4”-氮基三苯甲醛，其与所述钙钛矿吸收层中碘化铅的摩尔浓度为0.3～6mm：1～1.6m。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述4,4’,4”-氮基三苯甲醛与所述钙钛矿吸收层中碘化铅的摩尔浓度为1mm：1～1.6m。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，具体步骤如下：

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，s02中30％氧化锡溶液与去离子水体积比为1:3～1:4。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，s03中形成碘化铅薄膜的操作为以1500～2000转/分旋涂旋涂10～40秒，70℃退火0.5～3分钟。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，s03中制备钙钛矿层的操作为以1600～2300转/分旋涂10～40秒，在20～40％的相对湿度下130～170℃退火10～30分钟。

7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，s05中制备60～90mg/ml的spiro-ometad溶液，进一步加入20～40μl的4-叔丁基吡啶溶液和240～300mg/ml的双三氟甲烷磺酰亚胺锂溶液，在苯乙基碘化胺层以2000～5000转/分旋涂20～40秒。

8.如权利要求3所述的方法，其特征在于，s06中蒸镀1～9nm的氧化钼和100～160nm的银。

9.由权利要求1-8任一项所述的方法制备得到的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池中的光吸收层为甲脒基钙钛矿。

10.如权利要求9所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述甲脒基钙钛矿厚度范围为700～800nm。

技术总结
本发明属于光电材料领域，具体涉及一种由羰基化合物提高钙钛矿太阳能电池稳定性的方法。所述方法通过在钙钛矿吸收层中引入具有至少3个羰基官能的三维化合物以稳定钙钛矿的光活性相，最终制备得到的钙钛矿太阳能电池经过1000小时测试后能保持90％以上的初始PCE，XRD检测显示非光活性的相被明显抑制。

技术研发人员：潘易,孙宽,郭冰,高琴,姜庭明,周永利,欧阳云飞,夏天雨,伍治卫,王灿
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17