[发明专利]有机膦酸类化合物的应用和掺铷钙钛矿太阳能电池薄膜及其制备方法

说明书

本发明涉及太阳能电池薄膜领域，公开了有机膦酸类化合物的应用和掺铷钙钛矿太阳能电池薄膜及其制备方法，该应用为式(1)所示的有机膦酸类化合物在制备掺铷钙钛矿太阳能电池薄膜中的应用。含有本发明的有机膦酸类化合物的掺铷钙钛矿太阳能电池薄膜具有优异的光电转化效率以及能够提高含有该薄膜的太阳能电池的光电转化效率的稳定性，同时能够避免该太阳能电池受到高温、高湿的环境的影响。

技术领域

本发明涉及太阳能电池薄膜领域，具体地，涉及有机膦酸类化合物在制备掺铷钙钛矿太阳能电池薄膜中的应用、一种有机膦酸化合物修饰的掺铷钙钛矿太阳能电池薄膜及其制备方法。

背景技术

基于卤代物的钙钛矿具有优异的光吸收能力、可观的双极性载流子迁移率、超长电子-空穴扩散长度的特点，逐渐成为当今光电伏领域内最重要的研究热点之一。2012年，韩国Nam-Gyu Park小组(Sci.Rep.,2,591/1-591/7,2012)和英国Snaith小组(Scinece，338，643-647，2012)分别报道了基于钙钛矿的敏化固态介孔太阳电池和介孔超结构杂化太阳能电池，效率分别达到了9.7％和10.9％。2015年，韩国Yang小组(Scinece，348，1234-1237，2015)转化效率达到了20％。

虽然，钙钛矿太阳能电池器件光电转换效率的最高纪录不断被刷新，但是，关于钙钛矿太阳能电池稳定性的研究报道比较缺乏(J.Mater.Chem.A.，3，8970-8980，2015)。钙钛矿太阳能电池稳定性问题已经成为制约钙钛矿太阳能电池继续发展的瓶颈。例如钙钛矿太阳能电池在水氧气氛、温度变化、湿法制备、紫外光照等不同敏感环境条件下钙钛矿太阳能电池的化学稳定性问题。

另外，在钙钛矿中掺加其他金属离子，也成为了一种提高光电转换效率的一种有效方式。Henry J.Snaith教授的研究团队通过在钙钛矿中增加铯元素来提高硅太阳能电池的性能，他们在甲脒阳离子铅溴碘化合物的基本分子结构中，添加了铯离子，从而改善了这种光伏材料的热稳定性和光稳定性，在串联电池的组合中，转换效率比现有同类光伏电池提高到25％。但是，这种钙钛矿材料在接触到水和空气时性能会衰退，这是个“老问题”(Science,2016,351,151-155)。

瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的Michael和Michael Saliba等人发现掺杂铷(Rb)离子可以提高钙钛矿太阳能电池性能(Science,2016,354,206-209)，他们设计了多样的A离子组合(RbFA,RbCsFA,RbMAFA,RbCsMAFA)，使用FA(甲脒)作为多数离子，通过加入Rb制备钙钛矿电池材料。制备成介孔结构的正装器件后，光电转换效率分别为RbFA(14.0％)，RbCsFA(19.3％)，RbMAFA(19.2％)，而基于RbCsMAFA的光电转换效率最高数值为20.6％。

目前的卤代物钙钛矿主要有有机-无机金属化合物甲胺铅碘(CH₃N₃PbX₃,X为Cl/Br/I中的一种或多种)，甲胺铅碘的主要合成成分卤化甲胺(CH₃NH₃X)遇水极易水解，导致甲胺铅碘钙钛矿性能极不稳定，这在很大程度上限制了钙钛矿电池的发展。因此，利用有机或无机材料对钙钛矿进行修饰，使之能够更好的应用于钙钛矿电池，变成为一种技术趋势。

发明内容

本发明的发明人在研究中发现本发明的式(1)所示的有机膦酸类化合物能够作为钙钛矿电池的修饰材料，在提高钙钛矿电池光电转化效率的同时，增加钙钛矿电池的稳定性。

本发明首先提供了一种式(1)所示的有机膦酸类化合物在制备掺铷钙钛矿太阳能电池薄膜中的应用，

其中，在式(1)中，