钙钛矿钝化膜层及其制备方法和钙钛矿电池与流程

本发明涉及光伏电池，具体而言，涉及一种钙钛矿钝化膜层及其制备方法和钙钛矿电池。

背景技术：

1、钙钛矿太阳能电池(pscs)具有许多吸引人的特性，包括溶液可加工性、低制造成本和高功率转换效率(pce)。这在过去十年中引起了人们的极大关注，并推动了其商业化进程。迄今为止，pscs的最佳认证pce已达到26％以上。倒置结构(p-i-n)钙钛矿电池因其低温制备工艺和良好的稳定性备受关注，其核心结构为：ito(氧化铟锡)/空穴传输层(htl)/钙钛矿吸光层/电子传输层(etl，如氧化锡sno2)/金属电极。然而，钙钛矿太阳能电池(pscs)的电子传输层(etl)与钙钛矿吸光层之间的界面缺陷(如未配位pb2+、氧空位及卤素空位)是限制器件效率和稳定性的关键因素。现有技术中，常见的钝化方法包括：单一钝化剂修饰(如peai、pmma)：仅针对pb2+或氧空位进行部分钝化，无法协同抑制多类型缺陷；真空沉积工艺(如ald钝化层)：工艺复杂且成本高昂，难以规模化应用；溶剂添加剂法：添加剂残留易引发钙钛矿分解，长期稳定性差。上述方法存在钝化效果不全面、工艺兼容性差及成本高等问题，亟需开发新型钝化策略。

2、目前，界面钝化技术是解决上述问题的关键手段。现有技术中，常用钝化材料包括：1)小分子胺类化合物(如苯乙基碘化铵，peai)：通过胺基与pb2+配位钝化界面缺陷，但热稳定性差(>80℃易分解)；2)聚合物材料(如pmma)：形成物理钝化膜层，但会降低界面导电性；3)双功能钝化剂(如含硫化合物)：部分同时钝化pb2+和氧空位，但合成工艺复杂(需多步反应)，且成本较高(如含贵金属配体)。

3、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提供一种钙钛矿钝化膜层，可有效钝化钙钛矿膜层，提高钙钛矿膜层质量及性能，提升器件效率及长期稳定性。

2、本发明的另一个目的在于提供一种钙钛矿钝化膜层的制备方法。

3、本发明的另一个目的在于提供一种钙钛矿电池。

4、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

5、一种钙钛矿钝化膜层，包括第一钝化材料和/或第二钝化材料，所述第一钝化材料为包含噻唑环及胺基的化合物，所述第二钝化材料为含亚砜基团的化合物。

6、一些实施方式中，所述第一钝化材料包括噻唑-2,4-二胺、噻唑-2,5-二胺、5-氟-2-氨基噻唑和5-氨基-1,3,4-噻二唑-2-硫醇中的至少一种。

7、一些实施方式中，所述二钝化材料包括四亚甲基亚砜、环丁基亚砜、二苯基亚砜和双(乙烯砜基)乙烷中的至少一种。

8、一些实施方式中，所述第一钝化材料和第二钝化材料的摩尔比为(1.1～3.3):1。

9、一些实施方式中，所述钙钛矿钝化膜层还掺杂有量子点。

10、一些实施方式中，所述钙钛矿钝化膜层的表面还设置有聚合物层，所述聚合物层厚度为1～4nm。

11、一些实施方式中，所述钙钛矿钝化膜层的厚度为2～5nm。

12、如上所述的钙钛矿钝化膜层的制备方法，包括以下步骤：

13、将含有第一钝化材料的第一钝化液和/或含有第二钝化材料的第二钝化液涂覆至钙钛矿膜层的表面，得到涂覆层；对所述涂覆层进行退火处理。

14、一些实施方式中，所述第一钝化液的浓度为0.1～2.0mg/ml；所述第二钝化液的浓度为0.05～1.5μl/ml；所述第一钝化液和所述第二钝化液的体积比为1:(1～5)。

15、一些实施方式中，所述第一钝化液和所述第二钝化液还各自独立包括溶剂，所述溶剂包括异丙醇、乙腈、乙醇和1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐中的至少一种。

16、一些实施方式中，所述第一钝化液和所述第二钝化液以混合液的形式进行涂覆，或者以各自独立存在形式按顺序进行涂覆。

17、一些实施方式中，(所述第一钝化液和所述第二钝化液以混合液的形式的混合的时间为1～3h。

18、一些实施方式中，还包括：在第一钝化液和/或第二钝化液中掺入量子点。

19、一些实施方式中，还包括：在所述钙钛矿钝化膜层的表面涂覆聚合物，形成聚合物层。

20、一些实施方式中，所述涂覆包括刮涂或喷涂，所述刮涂的速度为3～15mm/s，所述喷涂控制液滴的尺寸小于10μm。

21、一些实施方式中，将所述涂覆替换为浸渍或喷墨打印。

22、一些实施方式中，所述退火处理的温度为70～130℃，所述退火处理的时间为5～15min。

23、一种钙钛矿电池，包括钙钛矿膜层以及位于所述钙钛矿膜层表面的钙钛矿钝化膜层。

24、一些实施方式中，所述钙钛矿电池还包括基底层、第一电荷传输层、第二电荷传输层和电极层；所述第一电荷传输层位于所述基底层的表面，所述钙钛矿膜层位于所述第一电荷传输层的表面，所述第二电荷传输层位于所述钙钛矿钝化膜层的表面，所述电极层位于所述二电荷传输层的表面。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

26、(1)本发明的钙钛矿钝化膜层，第一钝化材料的-nh2与钙钛矿表面未配位pb2+形成双齿配位键，噻唑环中硫原子与sno2氧空位(vo2+)通过lewis酸碱作用结合，抑制深能级缺陷态；第二钝化材料(四亚甲基亚砜)的亚砜基团(偶极矩4.1d)与钙钛矿表面的i-形成氢键(o···h-i键)，降低表面能并诱导均匀成膜；其较小的分子尺寸可扩散至sno2晶界间隙，通过物理填充减少界面缺陷，抑制电子散射，从而提升电子迁移率；本发明的第一钝化材料和第二钝化材料可单独发挥作用，更可形成协同增效的作用，第一钝化材料和第二钝化材料可能形成了一种相对稳定的化学相互作用，这种相互作用有利于钝化材料与钙钛矿表面的缺陷进行有效结合和修复，化学配位联合物理填充，可有效提高钙钛矿膜层的质量及性能，提升器件效率及长期稳定性。

27、(2)本发明的钙钛矿钝化膜层的制备方法简单易行，该方法得到的钝化膜层可有效进行缺陷钝化、环境隔离、界面优化，进而提升钙钛矿电池的效率与稳定性。

28、(3)本发明的钙钛矿电池具有高效率及长期稳定性，能耗降低，成本降低。

1.一种钙钛矿钝化膜层，其特征在于，包括第一钝化材料和/或第二钝化材料，所述第一钝化材料为包含噻唑环及胺基的化合物，所述第二钝化材料为含亚砜基团的化合物。

2.根据权利要求1所述的钙钛矿钝化膜层，其特征在于，包含以下特征(1)至(2)中的至少一种：

3.根据权利要求1所述的钙钛矿钝化膜层，其特征在于，所述第一钝化材料和第二钝化材料的摩尔比为(1.1～3.3):1。

4.根据权利要求1所述的钙钛矿钝化膜层，其特征在于，包含以下特征(1)至(3)中的至少一种：

5.如权利要求1～4中任一项所述的钙钛矿钝化膜层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的钙钛矿钝化膜层的制备方法，其特征在于，包含以下特征(1)至(3)中的至少一种：

7.根据权利要求6所述的钙钛矿钝化膜层的制备方法，其特征在于，包含以下特征(1)至(3)中的至少一种：

8.根据权利要求5所述的钙钛矿钝化膜层的制备方法，其特征在于，包含以下特征(1)至(3)中的至少一种：

9.一种钙钛矿电池，其特征在于，包括钙钛矿膜层以及位于所述钙钛矿膜层表面的钙钛矿钝化膜层；所述钙钛矿钝化膜层为权利要求1～4中任一项所述的钙钛矿钝化膜层，或者5～8中任一项所述的方法得到的钙钛矿钝化膜层。

10.根据权利要求9所述的钙钛矿电池，其特征在于，所述钙钛矿电池还包括基底层、第一电荷传输层、第二电荷传输层和电极层；所述第一电荷传输层位于所述基底层的表面，所述钙钛矿膜层位于所述第一电荷传输层的表面，所述第二电荷传输层位于所述钙钛矿钝化膜层的表面，所述电极层位于所述二电荷传输层的表面。