[发明专利]FK102配体修饰的钙钛矿型太阳能电池及其钙钛矿层的制备方法

说明书

本发明公开了FK102配体修饰的钙钛矿型太阳能电池及其钙钛矿层的制备方法。该钙钛矿型太阳能电池，包括电子传输层、钙钛矿、空穴传输层和电极。构成修饰层的材料选自FK102配体。该类界面修饰材料可以抑制空穴传输层中Co³⁺向钙钛矿的扩散，从而杜绝了Co³⁺对钙钛矿的分解，减少了缺陷态，防止电荷反向复合，增加电荷注入效率，且材料价格低廉，操作方法简便，容易控制，为钙钛矿太阳能电池的界面行为的研究提供了新的思路。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池领域，涉及一种FK102配体修饰的钙钛矿型太阳能电池及其钙钛矿层的制备方法。

背景技术

随着世界经济的发展与人口的急剧增长，能源、人口、环境等日益成为未来50年人类亟待解决的重大问题。目前能源消耗主要来自于化石燃料(煤、石油、天然气)，由于化石燃料储量有限以及所带来的环境污染问题，人们开始把目光投向可再生能源。而太阳能是资源量最大、分布最为广泛的绿色可再生能源。

太阳能电池可以把光能直接转化为电能，太阳能电池的开发是利用太阳能最有效的途径之一。太阳能电池体积小，移动方便，使用起来不受地域的限制。我们既可以把太阳能电池做成大规模的发电站，实现并网发电，又可以很方便地用较少的电池组件地给偏远地区用户提供生活电能，或者给移动通讯设备提供电力保障。目前，在市场上占据主导地位的太阳能电池主要是单晶硅和多晶硅太阳能电池，这两种电池的生产技术比较成熟，电池的光电转换效率较高，稳定性好(使用寿命都在15年以上)。但是，硅系太阳能电池对原材料要求苛刻，纯度一般要在99.9999％以上，而且制作工艺复杂，成本高居不下，发电成本较高，无法实现超大规模实用化。

从上世纪九十年代开始，一种新型的有机--无机复合的太阳能电池—染料敏化太阳能电池以其成本低廉，制备简便的特点引起了人们的广泛关注。尤其以钙钛矿型有机-无机复合物CH₃NH₃PbI₃及其衍生物作为光吸收剂的全固态薄膜太阳能电池发展迅速。

2009年，Kojima等首次研制出以钙钛矿型有机/无机杂化材料代替有机染料分子作为吸光材料的太阳能电池(效率3.8％)。2012年，Lee等报道了光电转换效率为10.9％的钙钛矿太阳能电池，使该类太阳能电池的研究进入一个全新的时代。2013年，钙钛矿太阳能电池光电转换效率已超过15％，被《Science》评选为2013年十大科学突破之一。2014年，Yang教授通过不断优化制备工艺，将器件光转换电效率提高至19.3％。随后，KRICT研究所将光电转换效率提高至20.1％。现如今，钙钛矿太阳能电池的效率已经达到了22.1％。这种效率快速提升说明钙钛矿太阳能电池有着广泛的发展前景。

钙钛矿型CH₃NH₃PbI₃及其衍生物的制备方法存在三种：第一种是将两种前驱体PbI₂(PbBr₂或PbCl₂)和CH₃NH₃I混合配制为溶液，旋涂后将溶剂烘干可以得到钙钛矿；第二种是利用连续沉积方法，即先在TiO₂薄膜上旋涂PbI₂溶液，再将该薄膜浸入CH₃NH₃I的溶液中，最终形成钙钛矿；第三种是将两种前驱体双源共蒸，在薄膜表面反应形成钙钛矿。

电池结构中，界面间(空穴传输层/钙钛矿)尤为重要，钙钛矿与空穴传输层中的空穴的复合都发生在界面上，因此，界面极大地影响电池的性能。界面问题会导致反相复合，降低电荷的注入效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种FK102配体修饰的钙钛矿型太阳能电池，另一目的是提供其钙钛矿层的制备方法，来提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下，