一种掺杂3-三氟甲基吡啶的含锡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制造，具体涉及一种掺杂3-三氟甲基吡啶的含锡钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、对太阳能的高效利用一直是研究者们关注的重点，金属卤化物钙钛矿由于其优异的光电性能，已成为新一代薄膜太阳能电池最有前途的材料。目前，单结钙钛矿太阳能电池(pscs)的光电转化效率(pce)已达到26.1％。然而，由于它们的离子晶体特性，钙钛矿通常表现出较差的稳定性，特别是在环境物质存在时。

2、近年来，锡基钙钛矿因其毒性较低、带隙窄而受到广泛关注。特别是锡铅混合的金属卤化物钙钛矿，可获得1.2ev左右的窄光学带隙，对于全钙钛矿叠层太阳能电池的发展至关重要，通过将窄带隙锡铅混合钙钛矿与宽带隙铅基钙钛矿相结合制备叠层器件，有望打破单结太阳能电池的理论极限效率。然而，锡基钙钛矿不可避免地带来两个关键性问题：一是亚锡离子(sn2+)特别不稳定、容易被氧化形成sn4+，二是锡基钙钛矿结晶更快导致薄膜质量差，这些问题伴随着钙钛矿中产生大量缺陷，改变载流子类型，从而加剧器件载流子复合，导致含锡pscs性能衰减。因此，尽管具有理想的带隙，但目前含锡pscs的性能并不是特别令人满意。

3、由上可知，抑制锡钙钛矿氧化、降低钙钛矿中存在的缺陷，并获得高结晶质量的钙钛矿薄膜是提升含锡pscs光伏性能和稳定性的关键。在目前已发展的多种策略中，添加剂工程被认为是提高pscs器件性能的一种简单有效的方法，但目前对含锡钙钛矿添加剂的探究更多集中于还原性有机化合物。因此，为了进一步提升提高含锡pscs的光伏性能以及稳定性，亟需开发出一种新型、高效的添加剂分子引入到钙钛矿层中来优化上述薄膜的特性。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的在于提供一种掺杂3-三氟甲基吡啶的含锡钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

2、具体技术方案：

3、一种掺杂3-三氟甲基吡啶的含锡钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

4、1)超声清洗透明导电基片，使用前用氮气流将透明导电基片吹干，随后使用等离子体清洗机或臭氧对透明导电基片表面进行处理；

5、2)在经过步骤1)处理过的透明导电基片表面上沉积空穴传输层htl溶液，并进行退火处理，获得htl薄膜；

6、3)将3-三氟甲基吡啶(3-tfmp)添加到含锡钙钛矿前驱体溶液中搅拌均匀，配制3-三氟甲基吡啶掺杂的含锡钙钛矿前驱体溶液，将该溶液沉积在htl薄膜表面，退火处理后得到含锡钙钛矿活性层；

7、4)随后在步骤3)获得的含锡钙钛矿活性层表面分别依次沉积电子传输层以及空穴阻挡层；

8、5)在步骤4)获得的薄膜表面沉积顶电极，最终获得基于3-三氟甲基吡啶掺杂钙钛矿后的含锡钙钛矿太阳能电池。

9、进一步地，沉积方式为旋涂、刮涂、喷墨打印、狭缝涂布、真空蒸镀中的一种方式或多种方式结合。

10、进一步地，步骤1)中的透明导电基片为glass/ito或fto、塑料柔性基底/ito或fto，依次使用蒸馏水、丙酮、异丙醇溶剂超声清洗透明导电基片。

11、进一步地，步骤2)中的htl溶液为pedot:pss、ptaa、meo-2pacz、4pacz中的一种或多种混合材料。

12、进一步地，将htl溶液旋涂在表面处理后的透明导电基片上，然后进行退火处理，得到空穴传输层，旋涂的转速为5000-6000转/分钟，旋涂时间为30-40秒；退火处理的温度为90-110℃，退火处理时间为5-10分钟。

13、步骤3)中所述的含锡钙钛矿前驱体溶液为含有金属锡的所有有机-无机杂化钙钛矿或者无机钙钛矿，含锡钙钛矿活性层的厚度为600-800nm。

14、优选地，步骤3)中所述的含锡钙钛矿前驱体溶液为faxma1-xsnypb1-yi3，0≤x≤1,0<y≤1或cssnxpb1-xi2.7br0.3，0<x≤1。

15、优选地，当含锡钙钛矿前驱体溶液为fa0.7ma0.3sn0.5pb0.5i3，具体工艺为：将fai、mai、sni2、pbi2和snf2混合物溶解在体积比为2:1-4:1的dmf和dmso混合溶剂中制得钙钛矿前驱体溶液，浓度为1.5-2.5m，snf2含量为sni2的5-15mol％。

16、优选地，当含锡钙钛矿前驱体溶液为cspb0.5sn0.5i2.7br0.3，具体工艺为：将csi、csbr、pbbr2和pbi2溶解在dmf和dmso的混合溶剂(v/v，4:1)中，形成0.8m cspbi2.4br0.6，将摩尔比为1:1:0.1的csi、sni2和snf2溶解在dmf和dmso的混合溶剂(v/v，4:1)中，形成0.8m的cssni3前体溶液，通过将cspbi2.4br0.6和cssni3前体溶液以1:1的体积比混合来制备cspb0.5sn0.5i2.7br0.3前体溶液。

17、进一步地，步骤3)中3-三氟甲基吡啶的掺杂量为含锡钙钛矿前驱体溶液的1-5mol％，将3-三氟甲基吡啶添加到含锡钙钛矿前驱体溶液中搅拌0.5-1.5h，随后将其经过聚四氟乙烯膜过滤，得到3-三氟甲基吡啶掺杂的含锡钙钛矿前驱体溶液。

18、进一步地，步骤3)中通过两步旋涂沉积，先在500-1000rpm转速运行5-10秒，再在4000-5000rpm转速运行30-50秒，在第二次旋涂结束前10-20秒时在旋转基底上滴入100-300μl乙酸乙酯反溶剂，随后将基片进行退火处理得到最终钙钛矿薄膜，温度为90-110℃，时间为5-20分钟。

19、进一步地，步骤4)中的电子传输层为pc61bm、pc71bm、c60、c70中的一种或多种混合材料，空穴阻挡层为bcp。

20、进一步地，步骤5)中的顶电极为ag、au、cu、azo、碳材料、导电聚合物中的一种或多种材料结合。

21、一种采用上述制备方法制备得到的掺杂3-三氟甲基吡啶的含锡钙钛矿太阳能电池。

22、本发明的有益效果在于：

23、(1)本发明提供的3-三氟甲基吡啶(3-tfmp)掺杂的含锡钙钛矿太阳能电池的制备方法，以溶解有3-tfmp的钙钛矿前驱体溶液进行钙钛矿薄膜制备，该三氟取代(具有强吸电子特性)的添加剂分子能够与钙钛矿前驱体中的sni2配位相互作用形成复合物(即锡加合物)，提高锡加合物的氧化还原电势，降低最高占据分子轨道(homo)能级，此外该氟取代分子的引入导致钙钛矿结构的电离电位增加，从而大幅抑制钙钛矿前驱体溶液和薄膜中的亚锡离子(sn2+)氧化，进而降低缺陷态密度，使得钙钛矿中的非辐射复合被抑制，载流子寿命延长。最终，钙钛矿太阳能电池的光电转化效率和稳定性均得到了明显的提升。

24、(2)本发明提供的3-tfmp掺杂的含锡钙钛矿太阳能电池的制备方法，以溶解有3-tfmp的钙钛矿前驱体溶液进行钙钛矿薄膜制备，该3-tfmp配体分子通过吡啶基团与sni2相互作用延长钙钛矿结晶的时间窗口，制备得到结晶性更好、晶界更少、残余应力更低的钙钛矿薄膜，并且通过调节3-tfmp的添加量可以调节钙钛矿活性层的表面形貌和结晶性，从而影响光吸收性能、光生载流子的传输和收集效率以及钙钛矿薄膜的稳定性，为制备高效率高稳定性的含锡钙钛矿太阳能电池提供一种新方法。