[发明专利]一种掺杂离子稳定剂的钙钛矿薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种掺杂离子稳定剂的钙钛矿薄膜，在所述钙钛矿薄膜内掺杂有离子稳定剂，所述离子稳定剂化学结构通式为R₁‑R‑R₂，其中，R为烷基，R₁为烷基、芳基、羟基、羧基、烷氧基、氨基、取代氨基、酯基、酰胺基中的任意一种，R₂为卤素、含氧基团、含硫基团、含氮基团、含磷基团、含砷基团、含碳基团中的至少一种。本发明还公开了一种掺杂离子稳定剂的钙钛矿薄膜的制备方法和应用，通过掺杂本发明中的离子稳定剂，制备得到掺杂的钙钛矿太阳能电池，提高电池性能，并提高太阳能电池的稳定性。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池技术领域，特别涉及一种掺杂离子稳定剂的钙钛矿薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，一种钙钛矿太阳能电池受到广泛关注，这种钙钛矿太阳能电池以有机金属卤化物为光吸收层。钙钛矿为ABX₃型的立方八面体结构，如图1所示。此种材料制备的薄膜太阳能电池工艺简便、生产成本低、稳定且转化率高，自2009年至今，光电转换效率从3.8%提升至22.7%，已高于商业化的晶硅太阳能电池且具有较大的成本优势。

为了进一步提高钙钛矿电池效率，有研究提出了新的电池结构，或在材料界面进行修饰，并且探索新的材料。还有研究提出，钙钛矿电池的高效率得益于材料本身的优化形貌和质量，为了提高薄膜质量并精准控制钙钛矿晶粒，使用添加剂是一种行之有效的方法。添加剂的应用可以辅助晶核更均匀的形成，并且影响材料的结晶过程，提高晶体的稳定性。应用添加剂的好处包括可制备平整的薄膜表面，提高表面覆盖率，控制晶粒大小，从而增大钙钛矿电池的并联电阻，进而达到增加电池效率的目的。

然而，钙钛矿电池的寿命，目前仍然停留在几十个小时至几百个小时，离实际应用，达到10年的使用寿命还有很长的距离。一个重要的影响钙钛矿使用寿命的方面是钙钛矿太阳能电池在光照下容易产生离子迁移现象，特别是卤素离子的迁移，此现象导致电池的迟滞效应以及器件性能的恶化。离子迁移后留下的空位，又会对钙钛矿的半导体结构造成破坏，对器件的使用寿命造成不可能逆的降低。

现有的钙钛矿薄膜添加剂主要有聚合物，富勒烯，金属卤素盐，无机酸，溶剂，有机卤素盐，纳米粒子和其他种类添加剂，这些添加剂通过调控钙钛矿的结晶过程，以获得表面致密光滑的薄膜，从而提高钙钛矿电池的性能，其中少数方案可以小幅度提高钙钛矿电池的寿命。

现有技术有待进一步提高和完善。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种掺杂离子稳定剂的钙钛矿薄膜及其制备方法和应用，离子稳定剂的一端可与金属氧化物相互作用，另一端可与钙钛矿中的离子相互作用，使得离子稳定剂在钙钛矿活性层中形成一定的浓度梯度，从而抑制钙钛矿活性层中的离子迁移现象，从而提高钙钛矿电池的长期稳定性。

本发明是这样实现的，提供一种掺杂离子稳定剂的钙钛矿薄膜，在所述钙钛矿薄膜内掺杂有离子稳定剂，所述离子稳定剂化学结构通式为R₁-R-R₂，其中，R为烷基，R₁、R₂分别为取代基，R₁为烷基、芳基、羟基、羧基、烷氧基、氨基、取代氨基、酯基、酰胺基中的任意一种，R₂为卤素、含氧基团、含硫基团、含氮基团、含磷基团、含砷基团、含碳基团中的至少一种。

进一步地，所述离子稳定剂的分子通过溶液混合方式、或气相辅助沉积方式、或共蒸方式、或反溶剂方式掺入到钙钛矿薄膜内。

进一步地，所述的离子稳定剂在钙钛矿薄膜内形成一定的浓度梯度。

本发明是这样实现的，还提供一种如前所述的掺杂离子稳定剂的钙钛矿薄膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤S11、制备钙钛矿溶液；