[发明专利]一种基于马来酰亚胺基十一酸修饰的高稳定钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明为一种基于马来酰亚胺基十一酸修饰的高稳定钙钛矿太阳能电池及其制备方法。该器件结构为从下到上依次为金属对电极、空穴传输层、活性层、电子传输层和衬底；所述的活性层为含有马来酰亚胺基十一酸的钙钛矿活性层；制备过程中，通过在钙钛矿前驱体中加入马来酰亚胺基十一酸，引入含有长烷基链的‑COOH官能团作为钝化剂，在热退火过程中，长的烷基链被排除到钙钛矿表面形成一个疏水钝化层，抑制了载流子的非辐射复合的同时显著提高了器件的对湿度的抵抗力，改善了器件的效率与稳定性。本发明对钙钛矿太阳能电池的加速商业化具有重要的战略意义。

技术领域

本发明属于新型光伏太阳能电池领域，具体涉及一种基于马来酰亚胺基十一酸修饰的高稳定钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着世界人口增长、工业发展、城市步伐加快，人们对于化学能源的需求不断增加，由此而引发的能源危机和环境问题日益严峻。因此，需要一个清洁的可再生的能源来缓解能源与环境危机迫在眉睫，在现有的可再生能源中，开发太阳能来缓解这一问题是一个十分可行的方案。有机-无机杂化的卤素钙钛矿吸光材料因其具有高的光吸收系数、高的载流子迁移率、高的载流子寿命、双向运输载流子特性、高的吸收光谱范围、低的激子束缚能、可调控的带隙、可多种方式制备、成本低廉等优点，引起了全世界研究学者的关注。2009年，有机无机杂化金属卤化铅CH₃NH₃PbI₃首次被用作染料敏化太阳能电池的敏化剂，其功率转换效率(Power conversion efficiency，PCE)仅为3.8％；通过十多年的发展，其光电转化效率已达到25.5％，接近了工业硅太阳能的最高转化效率。钙钛矿太阳能电池因光电转化效率高、加工成本低廉，被认为是除硅基太阳能电池以外，最有可能实现商业化的太阳能电池。

目前为止，实现钙钛矿太阳能电池商业化所面临的最主要障碍是钙钛矿太阳能电池的稳定性问题，环境中的水分，氧气以及钙钛矿的表面或体内缺陷是引起钙钛矿稳定性差的主要原因之一。然而，广泛使用的基于溶液加工方法制备的钙钛矿薄膜会不可避免引起大量缺陷到钙钛矿体内和表面。众所周知，这些缺陷可以充当电荷复合中心，导致严重的能量损失，从而降低器件效率。同时，这些陷阱状态为水分和氧气渗透到钙钛矿层中创造了条件，因此严重降低了器件的稳定性。因此，寻求一种有效的方法来减少缺陷，来提高钙钛矿太阳能电池的效率与稳定性具有重要的研究意义。添加剂工程被认为是减少缺陷密度最有效的策略之一。如在钙钛矿层中引入Phenyl-C61-butyric acid methyl ester(PCBM)能有效地钝化缺陷和抑制器件的迟滞行为，在钙钛矿/电子传输层的界面插入有机分子自组装单层官能团来钝化缺陷和优化能及结构来提高器件的稳定性。在目前的报道中，-COOH已经被证明能够有效的钝化缺陷，而长的烷基链能够为钙钛矿薄膜提供一层防水保护层，在一定程度上避免了钙钛矿层与空气中的水分和氧气的接触。但是基于含有-COOH的长烷基链的添加剂对钙钛矿的薄膜的钝化作用的相关报道还很缺乏。

发明内容

本发明的目的为针对当前技术中，针对由于钝化钙钛矿太阳能电池中的钙钛矿活性层的缺陷造成的环境稳定性，器件长时稳定性差等不足，提供一种基于马来酰亚胺基十一酸修饰的高稳定钙钛矿太阳能电池及其制备方法。该器件在传统的器件结构基础上(FTO/SnO₂/Perovskite/Spiro-OMeTAD/Au)，通过在钙钛矿前驱体中加入马来酰亚胺基十一酸，引入含有长烷基链的-COOH官能团作为钝化剂，来实现钙钛矿活性层中缺陷的钝化(-COOH与钙钛矿中配位不足的Pb²⁺发生配位反应)，在热退火过程中，长的烷基链被排除到钙钛矿表面形成一个疏水钝化层，抑制了载流子的非辐射复合的同时显著提高了器件对湿度的抵抗力，改善了器件的效率与稳定性。本发明对钙钛矿太阳能电池的加速商业化具有重要的战略意义。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于马来酰亚胺基十一酸修饰的高稳定钙钛矿太阳能电池，器件结构为从下到上依次为金属对电极、空穴传输层、活性层、电子传输层和衬底；