基于1-(2-甲氧基苯基)哌嗪盐钝化的钙钛矿太阳能电池

本发明属于钙钛矿太阳能电池界面工程钝化领域，提供了一种新型钝化剂用于钙钛矿薄膜的表面缺陷钝化中，从而提高钙钛矿太阳能电池的性能。

背景技术：

1、近年来，随着煤、石油、天然气等传统化石能源消耗量不断提高，且这些化石能源燃烧会产生大量污染气体，破坏生态环境。由此，清洁无污染，取之不尽用之不竭的太阳能成为研究重点，其中钙钛矿太阳能电池（pscs）因其成本低、工艺简单以及光电转换效率高等优点得到了广泛关注。

2、钙钛矿薄膜中的缺陷会影响电钙钛矿太阳能电池的光电性能，缺陷主要存在于多晶钙钛矿薄膜的表面和晶界处。且钙钛矿薄膜表面和晶界处还会存在大量未配位离子及悬空键。这些缺陷会导致大量的非辐射复合，严重影响钙钛矿太阳能电池器件性能，且多晶钙钛矿薄膜弯折时，晶界容易成为断裂的起始点，导致薄膜发生破裂并严重影响器件的光电性能。界面钝化是可行的策略之一。然而传统的钝化剂通常单一钝化，因此需要开发多功能活性位点的钝化剂。

技术实现思路

1、本发明旨在通过缺陷钝化，提高钙钛矿活性层薄膜质量，从而优化钙钛矿太阳能电池性能。提供了一种基于1-(2-甲氧基苯基)哌嗪盐钝化的钙钛矿太阳能电池。

2、本发明首先提供了一种1-(2-甲氧基苯基)哌嗪盐作为钝化分子应用于钙钛矿薄膜的钝化中。所述钝化分子为1-(2-甲氧基苯基)哌嗪盐酸盐，分子式c11h 17cln2o；或1-(2-甲氧基苯基)哌嗪溴酸盐，分子式c11h 17brn2o。钝化分子可作为钝化材料，用于钝化n-i-p结构的钙钛矿太阳能电池钙钛矿活性层薄膜。本发明在钙钛矿薄膜上引入1-(2-甲氧基苯基)哌嗪盐作为钝化剂，以减少钙钛矿薄膜电荷缺陷和非辐射复合，且1-(2-甲氧基苯基)哌嗪盐钝化剂可以聚集到钙钛矿晶界处，起到强化晶界和抑制离子迁移的作用，从而提高钙钛矿薄膜稳定性和电荷传输性能。

3、进一步的，本发明提供了一种钝化的钙钛矿活性层薄膜，包括钙钛矿薄膜和钝化层，所述钝化层位于钙钛矿薄膜表面，所述钝化层组成为1-(2-甲氧基苯基)哌嗪盐。

4、进一步的，所述钝化的钙钛矿薄膜制备方法，步骤如下：

5、所述钝化分子先溶于有机溶剂中得到钝化分子溶液，钝化分子溶液旋涂到钙钛矿薄膜表面，退火后得到钝化的钙钛矿活性层薄膜。

6、进一步的，所述有机溶剂为异丙醇、甲苯、氯苯、异丙醇和甲苯的混合溶剂、异丙醇和氯苯的混合溶剂中的一种。

7、进一步的，所述钝化分子溶液的浓度为0.5 mg/ml~3 mg/ml，旋涂量为6.25µl/cm2。在本发明的一些具体的实施方式中，以导电玻璃基底尺寸：1.6 cm*2.5 cm计算，旋涂钝化分子溶液用量为25 µl。

8、进一步的，所述旋涂参数如下：旋涂转速3000~5000 rpm，旋涂时间30 s。

9、进一步的，所述退火参数如下：退火温度100~120 ℃，退火时间10 min。

10、进一步的，所述的钙钛矿薄膜成分为（fapbi3）0.95(mapbbr3)0.05，所述钝化分子溶液旋涂到组成为（fapbi3）0.95(mapbbr3)0.05的钙钛矿薄膜上。

11、进一步的，将得到的钝化的钙钛矿活性层薄膜用于制备钙钛矿太阳能电池器件。

12、进一步的，钙钛矿太阳能电池器件组成自下而上为：导电基底、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层、金属电极，所述钙钛矿活性层为上述的钝化的钙钛矿薄膜。

13、进一步的，所述导电基底为玻璃（ito）或玻璃(fto) pen/ito柔性导电衬底或pet/ito柔性导电衬底等。

14、进一步的，所述电子传输层材料为二氧化锡(sno2)。

15、进一步的，所述空穴传输层为添加了双三氟甲烷磺酰亚胺锂(li-tfsi)、 fk209co(ⅲ)和tfsi4-叔丁基吡啶(t-bp)的spiro-ometad氯苯(cb)溶液。

16、进一步的，所述金属电极为金(au)或银(ag)，厚度为80-100 nm。

17、本发明的技术原理和有益效果在于：

18、1-(2-甲氧基苯基)哌嗪盐酸盐钝化剂分子中具有大量独特的官能团和元素，可钝化钙钛矿缺陷，钝化晶界，提高钙钛矿薄膜稳定性，从而提高钙钛矿太阳能电池性能。具体如下：n原子和c-o键能与钙钛矿中未配位的pb2+进行配位，形成离子键。-nh和cl-能与甲脒离子(fa+)形成氢键,从而减少钙钛矿薄膜表面电荷缺陷，抑制了非辐射复合。此外，1-(2-甲氧基苯基)哌嗪盐酸盐钝化剂中的疏水基团苯环可以为钙钛矿薄膜提供一定的疏水性能，有利于提高钙钛矿薄膜稳定性。最重要的是，经过退火处理后，1-(2-甲氧基苯基)哌嗪盐酸盐钝化剂分子会向钙钛矿晶界处聚集，起到钝化晶界的作用，能够同时提高钙钛矿性能和稳定性。本发明制备的钙钛矿太阳能电池的最优光电转化效率(pce)为23.28%，最优开路电压为1.17 v。从提高的钙钛矿太阳能电池性能可以看出，1-(2-甲氧基苯基)哌嗪盐钝化剂分子的加入钝化了钙钛矿表面缺陷，抑制了钙钛矿非辐射复合，显著提高了钙钛矿太阳能电池性能及稳定性。

技术特征：

1.一种用于钝化钙钛矿活性层薄膜的钝化分子，其特征在于，所述钝化分子为1-(2-甲氧基苯基)哌嗪盐。

2.根据权利要求1所述的用于钝化钙钛矿活性层薄膜的钝化分子，其特征在于，所述钝化分子为1-(2-甲氧基苯基)哌嗪盐酸盐，或1-(2-甲氧基苯基)哌嗪溴酸盐。

3.一种钝化的钙钛矿活性层薄膜，其特征在于，包括钙钛矿活性层薄膜和钝化层；所述钝化层位于钙钛矿活性层薄膜表面，所述钝化层含有权利要求1或2所述的钝化分子。

4.权利要求3所述的钝化的钙钛矿活性层薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将钝化分子溶于有机溶剂中得到钝化分子溶液，将钝化分子溶液旋涂到钙钛矿活性层薄膜上，退火形成钝化层，得到钝化的钙钛矿活性层薄膜。

5.根据权利要求4所述的钝化的钙钛矿活性层薄膜的制备方法，其特征在于，所述钝化分子溶液浓度为0.5~3 mg/ml。

6.根据权利要求4所述的钝化的钙钛矿活性层薄膜的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为异丙醇、甲苯、氯苯、异丙醇和甲苯的混合溶剂、异丙醇和氯苯的混合溶剂中的一种。

7.根据权利要求4所述的钝化的钙钛矿活性层薄膜的制备方法，其特征在于，所述旋涂参数为：旋涂转速3000~5000 rpm，旋涂时间30 s。

8.根据权利要求4所述的钝化的钙钛矿活性层薄膜的制备方法，其特征在于，所述退火参数为：退火温度100~120 ℃，退火时间10~30 min。

9.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括如权利要求3所述的钝化的钙钛矿活性层薄膜。

10.根据权利要求9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n-i-p型结构。

技术总结本发明公开了一种基于1‑(2‑甲氧基苯基)哌嗪盐钝化的钙钛矿太阳能电池。本发明采用溶液法操作，通过缺陷钝化，在钙钛矿薄膜上引入1‑(2‑甲氧基苯基)哌嗪盐作为钝化剂，以减少钙钛矿薄膜电荷缺陷和非辐射复合，且1‑(2‑甲氧基苯基)哌嗪盐钝化剂可以聚集到钙钛矿晶界处，起到强化晶界和抑制离子迁移的作用，从而提高钙钛矿薄膜稳定性和电荷传输性能，提高钙钛矿活性层薄膜质量，从而提升钙钛矿太阳能电池性能。技术研发人员：蒋君,杨攻旅,杨雨帆,雍小蝶,段肇萱,袁宁一,丁建宁受保护的技术使用者：常州大学技术研发日：技术公布日：2024/10/17