[发明专利]一种六氟磷酸铵盐修饰二氧化锡的方法及其在钙钛矿太阳能电池中的应用

说明书

本发明的目的在于开发一种六氟磷酸铵盐修饰二氧化锡的方法及其在钙钛矿太阳能电池中的应用，具体方法是通过溶液旋涂法在二氧化锡表面旋涂一层致密均匀的六氟磷酸铵盐薄膜来修饰钝化二氧化锡表面的氧缺陷。一方面，六氟磷酸铵盐中的氟原子能够有效钝化二氧化锡表面的氧空位缺陷；另一方面，六氟磷酸铵盐能够有效调控钙钛矿晶体生长，且六氟磷酸根阴离子(PF₆^‑)能够钝化钙钛矿晶体下表面的阴离子缺陷，进而提升器件的效率和稳定性；此外，六氟磷酸铵盐成本低廉，有利于电池器件的规模化生产。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种利用六氟磷酸铵盐修饰二氧化锡的方法，以及修饰后的二氧化锡薄膜作为电子传输层在钙钛矿太阳能电池中的应用。

背景技术

在全球能源需求量不断增加及传统化石能源日趋枯竭的形势下，太阳能电池作为重要的可再生绿色清洁能源，具有强大的市场竞争力及发展前景。其中，钙钛矿太阳能电池由于其出色的光电性能、简单的制备方法及较低的制备成本，使其受到了学术界和商业界的广泛关注。近十年来，研究人员通过调控钙钛矿组分、表面修饰及掺杂等一系列研究将钙钛矿太阳能电池的光电转换效率由最初的3.8％快速提升至目前的25.5％。

传统的钙钛矿太阳能电池通常使用金属氧化物二氧化钛(TiO₂)作为电子传输层，但二氧化钛电子传输层需要高温制备，且其在紫外光照射下会产生具有较强氧化性的空穴，对器件的稳定性产生不良影响，进而限制了其在产业化中的长远发展(Q.Jiang,Y.Zhao,Z.Yin,J.You et al.Nature Photonics.2019,13,460.)。因此，研究者们选用二氧化锡来替代传统的二氧化钛作为电子传输层，研究表明二氧化锡具有更加优异的性能：首先，二氧化锡电子传输层具有较高的电子迁移能力和导电性；其次，二氧化锡电子传输层具有较好的光、化学稳定性；再次，二氧化锡电子传输层能够低温制备，降低能耗，为柔性电池器件的制备提供了可能。常见的二氧化锡电子传输层是由商用二氧化锡胶体水溶液旋涂制备，已有文献报道，基于此法制备的二氧化锡表面的活性中心易与水相互作用产生羟基离子(OH^-)，其与金属位相结合产生氧缺陷，该氧缺陷会成为非辐射复合及水/氧吸附的中心，对钙钛矿太阳能电池的光电转换效率及稳定性产生不利影响。通过界面工程对二氧化锡表面进行有效的修饰对器件的光电转换效率及稳定性的提升具有至关重要的作用。因此，众多研究者致力于寻求有效修饰二氧化锡表面缺陷的方法，例如通过引入4-咪唑乙酸盐酸盐(J.Chen，Nam-Gyu Park.Adv.Mater.2019,31,1902902.)、有机铵盐GRT(H.Bi,X.Zuo,Z.Zang,J.Chen et al.J Mater Chem A.2021,9,3940.)、自组装修饰层I-SAM(Z.Dai,Srinivas K.Yadavalli,Nitin P.Padture et al Science.2021,372,618.)等对二氧化锡表面进行修饰，有效地减少了其表面的缺陷，提升了电荷传输效率，进而改善了器件的光电转换性能及其稳定性。

基于上述分析，本发明提出了一种六氟磷酸铵盐(NH₄PF₆)修饰二氧化锡的方法及其在钙钛矿太阳能电池中的应用。六氟磷酸铵盐是一种成本低廉的白色粉末，通过溶液旋涂法将其覆盖于二氧化锡表面形成均匀致密的薄膜。六氟磷酸铵盐中的氟原子(F)能够与二氧化锡表面配位不足的四价锡离子(Sn⁴⁺)发生键合，进而减少二氧化锡表面的氧缺陷，降低器件的非辐射损耗。基于六氟磷酸铵盐修饰的二氧化锡制备的钙钛矿太阳能电池具有稳定性良好、光电转换效率高以及制作工艺简单等优点。

发明内容