钙钛矿前驱体溶液、钙钛矿吸光层和太阳能电池的制作方法

本发明属于钙钛矿太阳能电池领域，具体涉及钙钛矿前驱体溶液、钙钛矿吸光层和太阳能电池。

背景技术：

1、有机无机金属卤化物钙钛矿材料凭借优异的光电性能以及低成本的优势，成为太阳电池的吸光层的优选材料。并且钙钛矿材料的带隙可调，能与不同带隙的其他光伏材料叠加形成叠层太阳电池，取得极高的光电转换效率。目前硅/钙钛矿叠层太阳能电池的光电转换效率已经达到了34.6%，面积为1cm2。而目前制备的商业化尺寸的硅/钙钛矿叠层太阳能电池的光电转换效率仅为31.1%左右，其转换效率的下降，主要存在两个方面的原因：一是在叠层太阳能电池制备过程中，制备面积变大，钙钛矿成核不均匀，致使转换性能下降；二是大面积的叠层太阳能电池是在正常环境中制备，正常环境中的水氧会影响钙钛矿结晶过程，导致转换性能下降。

2、添加剂工程是提升钙钛矿薄膜结晶质量的有效方法，但是目前的添加剂仅能改善钙钛矿晶体内部的深能级缺陷，无法用于改善钙钛矿表面缺陷。并且目前常用的添加剂仅可单一调控内部缺陷或表面缺陷，难以兼顾二者，其在制备高质量的钙钛矿薄膜方面仍存在不足。

3、因此，本领域亟需开发新型的添加剂来制备高质量的钙钛矿薄膜。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术存在的上述问题，提出一种钙钛矿前驱体溶液、钙钛矿吸光层和太阳能电池。

2、具体而言，本发明一方面提供一种钙钛矿前驱体溶液，所述钙钛矿前驱体溶液包括钙钛矿结构物质原料、式i化合物和溶剂，所述式i化合物具有以下所示结构：

3、；

4、式i中，r1选自氢原子、氨基、取代或未取代的c1-c5烷基、羟基、卤素原子和羰基，r2选自氢原子、氨基、取代或未取代的c1-c5烷氧基、卤素原子和巯基，r3选自氢原子、氨基、羰基、取代或未取代的c1-c5烷氧基、卤素原子和羟基，r4选自氢原子、氨基、卤素原子和取代或未取代的c1-c5烷基，r5选自氢原子、氨基、卤素原子和取代或未取代的c1-c5烷基。

5、在一个或多个实施方案中，式i中，所述取代的c1-c5烷基上的取代基选自卤素原子和氨基。

6、在一个或多个实施方案中，式i中，所述取代的c1-c5烷氧基上的取代基选自卤素原子和氨基。

7、在一个或多个实施方案中，式i中，所述卤素原子选自氟原子、氯原子、溴原子和碘原子。

8、在一个或多个实施方案中，式i中，r1选自氢原子、氯原子和氨基，r2选自氨基、氢原子、甲氧基和溴原子，r3选自氨基、氢原子和甲氧基，r4选自氨基和氢原子，r5选自氨基和氢原子。

9、在一些优选的实施方案中，r1选自氢原子和氯原子，r2选自氢原子、甲氧基和溴原子，r3选自氢原子和甲氧基，r4为氢原子，r5为氢原子。

10、在一个或多个实施方案中，所述式i化合物选自以下化合物：

11、、、。

12、在一个或多个实施方案中，所述溶剂选自n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、n-甲基吡咯烷酮、γ-丁内酯和乙腈中的一种或多种。

13、在一个或多个实施方案中，所述钙钛矿结构物质原料中的二价阳离子在所述钙钛矿前驱体溶液中的浓度为0.5-2mol/l。

14、在一个或多个实施方案中，所述式i化合物与所述钙钛矿结构物质原料中的二价阳离子的摩尔比为(0.005-1):100。

15、在一些优选的实施方案中，所述式i化合物与所述钙钛矿结构物质原料中的二价阳离子的摩尔比为(0.01-0.5):100。

16、在一些更优选的实施方案中，所述式i化合物与所述钙钛矿结构物质原料中的二价阳离子的摩尔比为(0.01-0.1):100。

17、本发明另一方面还提供一种钙钛矿吸光层，所述钙钛矿吸光层包括钙钛矿结构物质和式i化合物，所述式i化合物具有以下所示结构：

18、；

19、式i中，r1选自氢原子、氨基、取代或未取代的c1-c5烷基、羟基、卤素原子和羰基，r2选自氢原子、氨基、取代或未取代的c1-c5烷氧基、卤素原子和巯基，r3选自氢原子、氨基、羰基、取代或未取代的c1-c5烷氧基、卤素原子和羟基，r4选自氢原子、氨基、卤素原子和取代或未取代的c1-c5烷基，r5选自氢原子、氨基、卤素原子和取代或未取代的c1-c5烷基。

20、在一个或多个实施方案中，式i中，所述取代的c1-c5烷基上的取代基选自卤素原子和氨基。

21、在一个或多个实施方案中，式i中，所述取代的c1-c5烷氧基上的取代基选自卤素原子和氨基。

22、在一个或多个实施方案中，式i中，所述卤素原子选自氟原子、氯原子、溴原子和碘原子。

23、在一个或多个实施方案中，式i中，r1选自氢原子、氯原子和氨基，r2选自氨基、氢原子、甲氧基和溴原子，r3选自氨基、氢原子和甲氧基，r4选自氨基和氢原子，r5选自氨基和氢原子。

24、在一些优选的实施方案中，r1选自氢原子和氯原子，r2选自氢原子、甲氧基和溴原子，r3选自氢原子和甲氧基，r4为氢原子，r5为氢原子。

25、在一个或多个实施方案中，所述式i化合物选自以下化合物：

26、、、。

27、在一个或多个实施方案中，所述式i化合物与所述钙钛矿结构物质中的二价阳离子的摩尔比为(0.005-1):100。

28、在一些优选的实施方案中，所述式i化合物与所述钙钛矿结构物质中的二价阳离子的摩尔比为(0.01-0.5):100。

29、在一些更优选的实施方案中，所述式i化合物与所述钙钛矿结构物质中的二价阳离子的摩尔比为(0.01-0.1):100。

30、在一个或多个实施方案中，所述钙钛矿吸光层的厚度为800-1500nm。

31、本发明另一方面还提供一种制备本发明中任一项所述的钙钛矿吸光层的方法，所述方法包括涂布本发明任一实施方案的钙钛矿前驱体溶液，然后退火，得到钙钛矿吸光层。

32、在一个或多个实施方案中，所述涂布方式为旋涂、刮涂、蒸镀、印刷、喷涂、喷雾热解或狭缝涂布。

33、在一个或多个实施方案中，所述退火温度为120-150℃。

34、在一个或多个实施方案中，所述退火时间为10-30min。

35、本发明另一方面还提供一种太阳能电池，所述太阳能电池包括本发明任一实施方案所述的钙钛矿吸光层。

36、本发明另一方面还提供式i化合物在改善含钙钛矿吸光层的太阳能电池的短路电流密度、开路电压、填充因子和/或转换效率中的用途，所述式i化合物具有以下所示结构：

37、；

38、式i中，r1选自氢原子、氨基、取代或未取代的c1-c5烷基、羟基、卤素原子和羰基，r2选自氢原子、氨基、取代或未取代的c1-c5烷氧基、卤素原子和巯基，r3选自氢原子、氨基、羰基、取代或未取代的c1-c5烷氧基、卤素原子和羟基，r4选自氢原子、氨基、卤素原子和取代或未取代的c1-c5烷基，r5选自氢原子、氨基、卤素原子和取代或未取代的c1-c5烷基。

39、在一个或多个实施方案中，式i中，所述取代的c1-c5烷基上的取代基选自卤素原子和氨基。

40、在一个或多个实施方案中，式i中，所述取代的c1-c5烷氧基上的取代基选自卤素原子和氨基。

41、在一个或多个实施方案中，式i中，所述卤素原子选自氟原子、氯原子、溴原子和碘原子。

42、在一个或多个实施方案中，式i中，r1选自氢原子、氯原子和氨基，r2选自氨基、氢原子、甲氧基和溴原子，r3选自氨基、氢原子和甲氧基，r4选自氨基和氢原子，r5选自氨基和氢原子。

43、在一些优选的实施方案中，r1选自氢原子和氯原子，r2选自氢原子、甲氧基和溴原子，r3选自氢原子和甲氧基，r4为氢原子，r5为氢原子。

44、在一个或多个实施方案中，所述式i化合物选自以下化合物：

45、、、。

46、本发明对喹唑啉-4-胺及其衍生物分子结构进行优化设计，使得设计分子能够在结晶过程中与钙钛矿中的二价阳离子（如pb2+）形成强配位，对钙钛矿结晶控制起到帮助作用，并且设计分子的官能团还能够有效钝化钙钛矿成膜过程中形成的缺陷，使得钙钛矿质量得到明显提升。