钝化添加剂、钙钛矿太阳能电池和用电设备的制作方法

本技术属于钙钛矿太阳能电池，具体涉及一种用于钙钛矿太阳能电池的钝化添加剂、钙钛矿太阳能电池和用电设备。

背景技术：

1、截止目前，钙钛矿太阳能电池认证的光电转换效率已经达到26.1％，这使得钙钛矿太阳能电池在效率上与晶体硅太阳能电池相当，钙钛矿太阳能电池的商业化值得期待。钙钛矿材料具有吸收系数高、激子束缚能低、载流子寿命长、载流子迁移率高和带隙可调等优异的光电性能，非常适合用作太阳能电池的吸光层。但是钙钛矿的溶液法成膜工艺容易导致其在晶界和表面产生高密度的带电缺陷。这些缺陷很容易俘获载流子，不利于钙钛矿太阳能电池的器件性能和稳定性。

技术实现思路

1、本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本技术的目的在于提出一种用于钙钛矿太阳能电池的钝化添加剂、钙钛矿太阳能电池和用电设备。本技术通过在钙钛矿吸收层的体相中引入钝化添加剂或者在钙钛矿吸收层的表面设置包含钝化添加剂的钝化层，能够有效钝化钙钛矿吸收层的缺陷，降低了钙钛矿吸收层的缺陷密度，减少了非辐射复合，因此显著提高了钙钛矿太阳能电池的性能。

2、在本技术的一个方面，本技术提出了一种用于钙钛矿太阳能电池的钝化添加剂。根据本技术的实施例，所述用于钙钛矿太阳能电池的钝化添加剂包括如式ⅰ所示化合物中的至少一种：

3、

4、其中，r1和r2各自独立地包括未取代或取代的c1-10烷基、未取代或取代的c1-10烯基和未取代或取代的芳基中的至少一种，取代基包括含氮基团、含氧基团、含硫基团和含磷基团中的至少一种。

5、根据本技术实施例的用于钙钛矿太阳能电池的钝化添加剂，第一，本技术提供的钝化添加剂中的两个羰基或酯基官能团能够与钙钛矿吸收层中欠配位的铅离子产生螯合作用，即钝化添加剂中的两个羰基或酯基官能团能够与缺陷进行螯合配位作用(其原理如附图1所示)，有效地钝化缺陷；并且r1和r2基团能够协同钝化缺陷，增强了配位作用力，改善了钙钛矿吸收层的结晶质量，降低了钙钛矿吸收层的缺陷密度，减少了非辐射复合，因此显著提高了电池性能。第二，上述钝化添加剂本身不带电，不会发生离子迁移，钝化作用稳定。第三，上述钝化添加剂能够与水发生水解反应产生酸，产生的酸具有吸收水分子的作用，从而能够防止钙钛矿被水解，并且产生的酸还具有钝化作用。第四，上述钝化添加剂的疏水端结构能够增大钙钛矿吸收层表面的接触角，提高钙钛矿表面的疏水性，防止水分的入侵。

6、另外，根据本技术上述实施例的用于钙钛矿太阳能电池的钝化添加剂还可以具有如下附加的技术特征：

7、在本技术的一些实施例中，所述含氮基团包括胺基、季胺盐、n,n-二甲基、偶氮、吡啶、硝基、脒基、酰胺、酰亚胺、氰基和异氰酸酯基中的至少一种。

8、在本技术的一些实施例中，所述含氧基团包括羟基、醚氧、羧基、酸酐、酯基、醛基、酮基和酰卤基中的至少一种。

9、在本技术的一些实施例中，所述含硫基团包括硫醇、硫醚、亚砜基、砜基和磺酸基中的至少一种。

10、在本技术的一些实施例中，所述含磷基团包括磷酸基、亚磷酸基、磷酸酯基和膦基中的至少一种。

11、在本技术的一些实施例中，r1和r2键合在一起形成环或者r1和r2之间不形成环。

12、在本技术的一些实施例中，所述钝化添加剂包括2,3-二甲基马来酸酐、2,3-吡啶二羧酸酐、2-甲氧基乙酸酐、5,6-二氢-1,4-二噻烯-2,3-二羧酸酐和2-(三苯基亚磷基)丁二酸酐中的至少一种。

13、在本技术的第二个方面，本技术提出了一种钙钛矿太阳能电池。根据本技术的实施例，钙钛矿太阳能电池包括钙钛矿吸收层，所述钙钛矿吸收层包括以上实施例所述的钝化添加剂；或者，包括钙钛矿吸收层以及设置在所述钙钛矿吸收层至少部分表面的钝化层，所述钝化层包括以上实施例所述的钝化添加剂。

14、根据本技术实施例的钙钛矿太阳能电池，通过在钙钛矿吸收层的体相中引入钝化添加剂或者在钙钛矿吸收层的表面设置包含钝化添加剂的钝化层，第一，该钝化添加剂中的两个羰基或酯基官能团能够与钙钛矿吸收层中欠配位的铅离子产生螯合作用，即钝化添加剂中的两个羰基或酯基官能团能够与缺陷进行螯合配位作用，有效地钝化缺陷；并且r1和r2基团能够协同钝化缺陷，增强了配位作用力，改善了钙钛矿吸收层的结晶质量，降低了钙钛矿吸收层的缺陷密度，减少了非辐射复合，因此显著提高了电池性能。第二，上述钝化添加剂本身不带电，不会发生离子迁移，钝化作用稳定。第三，上述钝化添加剂能够与水发生水解反应产生酸，产生的酸具有吸收水分子的作用，从而能够防止钙钛矿被水解，并且产生的酸还具有钝化作用。第四，上述钝化添加剂的疏水端结构能够增大钙钛矿吸收层表面的接触角，提高钙钛矿表面的疏水性，防止水分的入侵。综上，有效提高了钙钛矿太阳能电池的开路电压(voc)、电流密度(jsc)、填充因子(ff)以及光电转换效率(pce)。

15、另外，根据本技术上述实施例的钙钛矿太阳能电池还可以具有如下附加的技术特征：

16、在本技术的一些实施例中，含有所述钝化添加剂的所述钙钛矿吸收层的形成方法包括：将所述钝化添加剂、钙钛矿材料和第一溶剂混合得到钙钛矿前驱体溶液，形成钙钛矿吸收层，且基于1ml所述第一溶剂，所述钝化添加剂的添加量为0.1mg-10mg。

17、在本技术的一些实施例中，包含所述钝化添加剂的所述钝化层的形成方法包括：将所述钝化添加剂与第二溶剂混合，形成钝化溶液；将所述钝化溶液涂覆在钙钛矿吸收层的至少部分表面，以便在所述钙钛矿吸收层的至少部分表面形成所述钝化层。

18、在本技术的一些实施例中，且基于1ml所述第二溶剂，所述钝化添加剂的添加量为0.1mg-10mg。

19、在本技术的一些实施例中，钙钛矿太阳能电池包括依次层叠的透明导电氧化物衬底、空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层和第二电极，所述钙钛矿吸收层包括以上实施例所述的钝化添加剂；或者，包括依次层叠的透明导电氧化物衬底、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和第二电极，所述钙钛矿吸收层包括以上实施例所述的钝化添加剂。

20、在本技术的一些实施例中，钙钛矿太阳能电池包括依次层叠的透明导电氧化物衬底、空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层和第二电极，且所述钙钛矿吸收层的至少部分表面设有钝化层，所述钝化层包括以上实施例所述的钝化添加剂；或者，包括依次层叠的透明导电氧化物衬底、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和第二电极，且所述钙钛矿吸收层的至少部分表面设有钝化层，所述钝化层包括以上实施例所述的钝化添加剂。

21、在本技术的一些实施例中，所述钝化层的厚度为0.1nm-10nm。

22、在本技术的一些实施例中，所述钙钛矿吸收层的厚度为100nm-10μm。

23、在本技术的一些实施例中，所述电子传输层的厚度为0.1nm-100nm；和/或，所述空穴传输层的厚度为0.1nm-100nm。

24、在本技术的第三个方面，本技术提出了一种用电设备。根据本技术的实施例，所述用电设备具有如上所述的钙钛矿太阳能电池。由此，所述用电设备具有所述钙钛矿太阳能电池的所有优点，在此不再赘述。

25、本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。