本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池，具體為一種嘧啶衍生物調(diào)控的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源需求不斷增加，對(duì)環(huán)境的影響也日益嚴(yán)重。傳統(tǒng)的化石能源，如煤炭、石油和天然氣，燃燒后會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳等溫室氣體，加劇全球氣候變化。光伏能源是一種清潔的能源，其發(fā)電過(guò)程中幾乎不產(chǎn)生溫室氣體排放，有助于減少全球氣候變化的風(fēng)險(xiǎn)。在此背景下，開(kāi)發(fā)新能源特別是光伏技術(shù)，成為最關(guān)鍵的一環(huán)。

2、近年來(lái)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池由于具有強(qiáng)的光吸收系數(shù)、優(yōu)異的電荷遷移率、激子結(jié)合能小、載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度長(zhǎng)、帶隙易于調(diào)節(jié)、制備工藝簡(jiǎn)單等獨(dú)特的性能，成為最有前途的光伏材料。盡管獲得冠軍認(rèn)證的pscs的光電轉(zhuǎn)換效率從2009年的3.8％提高到今天的26.7％，但諸如制備成本和設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定性等問(wèn)題仍然阻礙了其商業(yè)化。

3、鈣鈦礦層通常通過(guò)一步反溶劑或兩步順序沉積方法制備。由于可以預(yù)先調(diào)節(jié)pbi2模板，兩步法具有出色的可操作性和巨大的商業(yè)化潛力。鈣鈦礦晶體的取向最終會(huì)影響器件的質(zhì)量和性能，通過(guò)理論計(jì)算，先前的報(bào)道已經(jīng)證明(001)晶面具備良好的光學(xué)特性，是最佳取向。然而，嚴(yán)重依賴鈣鈦礦晶體在pbi2基質(zhì)上的生長(zhǎng)和鹵化物陽(yáng)離子的滲透意味著鈣鈦礦顆粒很容易變得無(wú)序，并引入不必要的非輻射重組位點(diǎn)，這極大地影響了pscs的光伏效率和穩(wěn)定性。因此，在典型的兩步順序沉積方法中，pbi2薄膜的生長(zhǎng)對(duì)于鹵化物陽(yáng)離子的后續(xù)插層以及向鈣鈦礦相的轉(zhuǎn)化至關(guān)重要。

4、現(xiàn)有技術(shù)主要通過(guò)引入添加劑來(lái)改善碘化鉛的形貌，進(jìn)而進(jìn)一步促進(jìn)第二步反應(yīng)生成鈣鈦礦，主要改善鈣鈦礦晶粒的大小、形態(tài)、結(jié)晶度，但沒(méi)有定向誘導(dǎo)鈣鈦礦沿著最佳晶面生長(zhǎng)，且仍有較多pbi2殘留且使用的添加劑成本較高。因此，如何調(diào)控pbi2薄膜的生長(zhǎng)形貌并有利于隨后鹵化物陽(yáng)離子的插層使得反應(yīng)充分，減少殘留pbi2殘留，以及如何誘導(dǎo)生成具有良好光學(xué)活性的鈣鈦礦晶體取向成為兩大技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種嘧啶衍生物調(diào)控的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及其制備方法。本發(fā)明通過(guò)在pbi2前驅(qū)體溶液中引入較低成本的以嘧啶環(huán)為骨架的嘧啶衍生物，使得第二步反應(yīng)更加充分，定向誘導(dǎo)鈣鈦礦形成最佳晶體取向，同時(shí)減少碘化鉛殘余，最終獲得更高光電轉(zhuǎn)化效率的鈣鈦礦太陽(yáng)能器件。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種嘧啶衍生物調(diào)控的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，包括以下步驟：

4、1、清潔導(dǎo)電基底；

5、2、在所述導(dǎo)電基底上沉積電子傳輸層；

6、3、在所述電子傳輸層上沉積碘化鉛薄膜：將碘化鉛前驅(qū)體溶液涂覆在所述電子傳輸層上后退火得到，其中，所述碘化鉛前驅(qū)體溶液中包含嘧啶衍生物，所述嘧啶衍生物的結(jié)構(gòu)式如式1所示，其中a、b、c、d均選自f、cl、br、i、氫基、氨基、羧基、羥基、醛基、酯基、磷酸基、磺胺基中的一種或多種組合：

7、

8、4、在所述碘化鉛薄膜上沉積鈣鈦礦吸光層；

9、5、在所述鈣鈦礦吸光層上沉積鈍化層；

10、6、在所述鈍化層上沉積空穴傳輸層；

11、7、在所述空穴傳輸層上沉積電極。

12、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述嘧啶衍生物的結(jié)構(gòu)可以為以下式2～式10中的任意一種或多種：

13、

14、????????

15、優(yōu)選地，所述導(dǎo)電基底包括基底和沉積于基底上的透明導(dǎo)電金屬氧化物，所述基底選自玻璃、石英、柔性pet或柔性pen中的任意一種；所述透明導(dǎo)電金屬氧化物為氧化銦錫(ito)或氟摻雜氧化錫(fto)。

16、優(yōu)選地，所述電子傳輸層的材料包括但不限于二氧化錫、二氧化鈦、氧化鋅、pcbm、c60。

17、優(yōu)選地，所述步驟2沉積電子傳輸層的過(guò)程中，退火溫度為100～150℃，時(shí)間為10～30分鐘。

18、優(yōu)選地，在電子傳輸層上沉積碘化鉛薄膜之前，需要將帶有電子傳輸層的透明導(dǎo)電基板進(jìn)行紫外臭氧處理。

19、優(yōu)選地，所述步驟3中，制備碘化鉛前驅(qū)體溶液的溶劑選自n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、二甲基亞砜(dmso)、n-甲基吡咯烷酮(nmp)、1,3-二甲基-3,4,5,6-四氫-2-嘧啶酮(dmpu)、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(dmi)、二苯基亞砜(dpso)、甲酰胺(nmf)、2-甲氧基乙醇(2-me)、乙酸乙酯(etac)、乙酸丁酯(btac),乙腈(acn)、γ-丁內(nèi)酯(gbl)和γ-戊內(nèi)酯(gvl)、乙酸、丙酮、硝基甲烷、苯胺、甲醇、乙二醇中的一種或多種。

20、優(yōu)選地，所述碘化鉛前驅(qū)體溶液中嘧啶衍生物的質(zhì)量體積濃度為0.0012～0.02g/ml。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述碘化鉛前驅(qū)體溶液中嘧啶衍生物的質(zhì)量體積濃度為0.0012g/ml、0.005g/ml、0.02g/ml中的任意一者或兩者之間的數(shù)值。

21、優(yōu)選地，所述步驟3中退火溫度為70℃，時(shí)間為5～60秒。

22、優(yōu)選地，所述步驟3中涂覆速度為1500～3000轉(zhuǎn)/分。

23、優(yōu)選地，所述步驟3中碘化鉛前驅(qū)體溶液的用量為10～50μl。

24、優(yōu)選地，所述鈣鈦礦吸光層的材料包括但不限于mapbi3、(fapbi3)1-x(mapbbr3)x、(fapbi3)1-x(mapbcl3)x、fapbi3、maxfa1-xpbi3、fa1-xcsxpbi3中的任意一種或多種。

25、優(yōu)選地，所述步驟4具體為：在所述碘化鉛薄膜上涂覆鹵化物陽(yáng)離子溶液后退火得到。

26、更為優(yōu)選地，所述退火溫度為100～150℃，退火時(shí)間為5～30分鐘。

27、更為優(yōu)選地，所述涂覆的速度為2000轉(zhuǎn)/分～4000轉(zhuǎn)/分。

28、優(yōu)選地，所述鈍化層材料選自碘化苯乙胺(peai)、異丁基溴化銨(ibabr)中的一種或多種。

29、優(yōu)選地，所述空穴傳輸層的原料選自叔丁基吡啶(tbp)、雙三氟甲烷磺酸亞胺鋰(li-tfsi)、三(2-(1h-吡唑-1-基)吡啶)(co)摻雜的[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]螺二芴(spiro-meotad)、2,2’,7,7’-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9’-螺二芴(spiro-ometad)、ptaa、p3ht、氧化鎳中的一種或多種。

30、優(yōu)選地，所述電極為導(dǎo)電的金屬材料，所述導(dǎo)電的金屬材料選自金au、銀ag、銅cu中的任意一種，厚度為60nm以上。

31、優(yōu)選地，所述制備碘化鉛薄膜、鈣鈦礦吸光層、鈍化層和空穴傳輸層時(shí)，需要在保護(hù)氣氛下進(jìn)行。

32、優(yōu)選地，所述鈣鈦礦吸光層的沉積方法可以是溶液法、真空共蒸法、真空連續(xù)沉積法、真空和溶液結(jié)合法，或者任意工藝組合等，溶液法包括溶液旋涂法、溶液刮涂法、溶液噴涂法、狹縫涂布。

33、第二方面，本發(fā)明提供一種由所述制備方法制備得到的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。

34、本發(fā)明的有益效果是：

35、本發(fā)明制備鈣鈦礦太陽(yáng)能電池采用兩步順序沉積方法，其中在制備碘化鉛薄膜時(shí)，在碘化鉛前驅(qū)體溶液中引入較低成本的以嘧啶環(huán)為骨架的嘧啶衍生物，嘧啶類衍生物作為一種環(huán)保、低成本、可提高穩(wěn)定性的添加劑，利用其共軛結(jié)構(gòu)、氮原子含有的孤對(duì)電子，以及可以引入其他基團(tuán)實(shí)現(xiàn)多位點(diǎn)鈍化的優(yōu)勢(shì)來(lái)調(diào)節(jié)碘化鉛薄膜的形貌和結(jié)晶，使得第二步反應(yīng)更加充分，定向誘導(dǎo)鈣鈦礦形成最佳晶體取向，同時(shí)減少碘化鉛殘余，最終獲得更高光電轉(zhuǎn)化效率的鈣鈦礦太陽(yáng)能器件。

36、嘧啶類衍生物作為一種環(huán)保、低成本、可提高穩(wěn)定性的添加劑，有望提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，推動(dòng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的發(fā)展和應(yīng)用。