一种多动态氢键聚合物的应用、钙钛矿光吸收层及柔性钙钛矿太阳能电池

本发明涉及一种多动态氢键聚合物的应用、钙钛矿光吸收层及柔性钙钛矿太阳能电池，属于钙钛矿太阳能电池。

背景技术：

1、柔性钙钛矿太阳能电池(f-pscs)因其重量轻、成本低、与曲面兼容性和卷对卷大规模生产等特点，作为新兴光伏电池备受关注。考虑到实际应用场景，当设备在整个使用寿命期间受到持续或往复的外部应力时，机械稳定性仍然是一个重要的问题，并成为这种新型光伏技术商业化的重要评估指标。

2、针对提高柔性钙钛矿太阳能电池的机械稳定性方面，现有的技术方案大多致力于调节钙钛矿的杨氏模量。目前主要通过以下措施调节柔性钙钛矿层的机械稳定性问题：(1)确定多晶钙钛矿薄膜的机械断裂点，在制备过程中加入保护层以调节应力分布。保护层的厚度是根据杨氏模量的大小和每层的厚度计算得出的。最终，将中性平面(应力值为0)轴操纵到钙钛矿层中减少总应变并增强f-pscs的抗弯曲性。(2)设计仿生界面层。以椎骨结构为灵感，增添“软骨”层，在提高粘附力的同时，释放弯曲过程中的应力，最终将杨氏模量从258mpa降低到139mpa，以提高太阳能电池的柔韧性(文献：bio-inspired vertebraldesign for scalable and flexible perovskite solar cells)。(3)聚合物原位交联填充晶界。释放钙钛矿中的应力的同时可以修复晶界裂纹，增强f-pscs的抗弯曲性。最终薄膜杨氏模量从41.2gpa急剧降低到32.5gpa，提升薄膜拉伸能力和变形能力(文献：in situcrosslinking-assisted perovskite grain growth for mechanically robustflexible perovskite solar cells with 23.4％efficiency)。

3、除针对钙钛矿吸收层杨氏模量的调节外，在整个柔性器件机械稳定性方面仍需要考虑层间热膨胀系数的不匹配。对于在室外环境中昼夜循环工作的电池组件，这种不稳定的内在来源将最终导致在机械弯折过程中的分层现象，最终导致设备灾难性故障。因此，钙钛矿的杨氏模量和钙钛矿与衬底之间的热膨胀系数不匹配共同决定了f-psc的机械鲁棒性，但可以同时设计这两个参数的整体技术策略尚未揭示。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多动态氢键聚合物的应用、钙钛矿光吸收层及柔性钙钛矿太阳能电池。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

3、一种多动态氢键聚合物的应用，所述聚合物为多巴胺接枝聚丙烯酸(paa-da)，结构式为：其中，m:n＝1:1～2:1，所述聚合物的黏均分子量为2500以上；所述聚合物作为钙钛矿光吸收层的掺杂剂使用。

4、优选的，所述聚合物的黏均分子量为2500～500000。

5、一种钙钛矿光吸收层，包括多动态氢键聚合物和钙钛矿材料，所述多动态氢键聚合物为多巴胺接枝聚丙烯酸(paa-da)。

6、优选的，所述钙钛矿材料为abx3型化合物，其中a位阳离子为ch3nh3+、nh2-ch＝nh2+、cs+、li+、c4h9nh3+、ch6n3+、na+、rb+和k+中的一种以上；b为pb2+、sn2+和ge2+中的一种以上；x为cl-、br-、i-、ac-、f-、scn-和bf4-中一种以上。

7、一种本发明所述的钙钛矿光吸收层的制备方法，方法步骤包括：

8、在保护气体氛围下，将聚丙烯酸(paa)溶于有机溶剂中，加入1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺(edc)和n-羟基丁二酰亚胺(nhs)，反应0.5～1h后，加入多巴胺(da)反应4h以上，得到paa-da溶液；聚丙烯酸(paa)和多巴胺(da)的摩尔比为1:1～2:1；聚丙烯酸(paa)的黏均分子量为2000；

9、将paa-da溶液加入钙钛矿材料的前驱体溶液中，得到含paa-da的钙钛矿前驱体溶液；含paa-da的钙钛矿前驱体溶液中paa-da的浓度为0.1～1.5mg/ml；

10、将含paa-da的钙钛矿前驱体溶液涂覆到导电基体表面，退火处理后，得到钙钛矿光吸收层。

11、优选的，所述聚丙烯酸(paa)的黏均分子量为2000～450000。

12、优选的，edc和nhs的质量比为3～6:2，edc和nhs的总质量为paa质量的1％～2％。

13、优选的，所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺(dmf)和二甲基亚砜(dmso)的混合溶液，dmf和dmso的体积比为4:1～9:1。

14、优选的，paa在有机溶剂中的浓度为2.5～5mg/ml。

15、优选的，含paa-da的钙钛矿前驱体溶液中paa-da的浓度为0.2～1mg/ml。

16、一种柔性钙钛矿太阳能电池，包括本发明所述的一种钙钛矿光吸收层，厚度为400～1000nm。

17、优选的，所述柔性钙钛矿太阳能电池，包括自下而上依次设置的柔性透明导电基底、空穴传输层、钙钛矿光吸收层、电子传输层、阻挡层和金属电极层。

18、优选的，所述柔性透明导电基底为聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)。

19、优选的，所述空穴传输层为[2-(9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸(2pacz)、2,2',7,7'-四(n,n-对甲氧苯胺基)-9,9'-螺二芴(spiro-meotad)、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](ptaa)、聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚(苯乙烯磺)(pedot:pss)、聚-3已基噻吩(p3ht)、硫氰酸亚铜(cuscn)、氧化镍(nio)或碘化亚铜(cui)，所述空穴传输层厚度为20～100nm。

20、优选的，所述电子传输层为c60及其衍生物、氧化锌(zno)、氧化锡(snox)或富勒烯衍生物(pcbm)，所述电子传输层厚度为20～100nm。

21、优选的，所述阻挡层为2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲(bcp)或氧化锡(snox)，所述阻挡层厚度为6～10nm。

22、优选的，所述金属电极层为碳电极、金、铜、银、铝、铬金属或含有上述金属的合金，所述电极层厚度为80～500nm。

23、有益效果

24、本发明提供了一种多动态氢键聚合物的应用，多巴胺接枝在聚丙烯酸(paa-da)中构建了一种多动态氢键(mdhb)网络，该聚合物作为掺杂剂加入钙钛矿光吸收层中，进而用于柔性钙钛矿太阳能电池中，该聚合物中paa的长链通过其柔韧性和空间占据，降低了钙钛矿光吸收层与衬底之间的热膨胀系数(cte)不匹配，进而减轻了温度变化引起的界面应力。da支链提供了多个动态氢键位点，使钙钛矿光吸收层的杨氏模量显著降低，有助于增加柔性器件在应力变形过程中的能量耗散。mdhb网络促进钙钛矿在顶部和埋藏界面的完全转化，钝化缺陷，抑制其太阳能器件内部非辐射复合。

25、本发明提供了一种钙钛矿光吸收层，paa与da通过酰胺反应合成paa-da聚合物，然后加入前驱体溶液中，聚合物的添加有效提升钙钛矿薄膜结晶质量，降低钙钛矿层体相缺陷密度。同时因聚合物具有较差的导电性，应合理把控添加剂的加入量。过低含量无法实现预期效果，过高含量将限制器件内部电荷载流子的传输，不利于器件光电转化效率的提升。

26、本发明提供了一种柔性钙钛矿太阳能电池，具有paa-da掺杂的钙钛矿光吸收层的器件具备良好的稳定性及抗弯曲能力，可广泛用于提高柔性光伏器件的光电转换效率及电池寿命方面。