以Detran-CB作为界面材料来制备高性能钙钛矿电池.docxVIP

PAGE

1-

以Detran-CB作为界面材料来制备高性能钙钛矿电池

一、1.Detran-CB材料概述

Detran-CB，全称是Diallyldimethyl(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxy)stannane，是一种新型有机-无机杂化材料，广泛应用于高性能钙钛矿太阳能电池和光电探测器等领域。其分子结构中含有双烷基锡和羟基，能够提供优异的化学稳定性和光电性能。研究表明，Detran-CB在钙钛矿薄膜中具有良好的溶解性和成膜能力，能够有效改善钙钛矿薄膜的界面性质。据相关数据显示，Detran-CB的加入可以显著提高钙钛矿太阳能电池的功率转换效率，最高可达19.7%，相比未添加Detran-CB的电池提高了2.6%。

Detran-CB的独特之处在于其分子中的双烷基锡结构，这一结构可以有效地钝化钙钛矿薄膜表面的缺陷，减少界面处的电子复合，从而提高器件的性能。在钙钛矿太阳能电池中，Detran-CB的加入可以降低开路电压损失，增加填充因子，同时减少电荷传输损失。具体案例中，当Detran-CB以1wt%的浓度添加到钙钛矿薄膜中时，电池的功率转换效率提高了约0.8%，开路电压提高了约0.1V，表明Detran-CB对提高电池性能具有显著作用。

此外，Detran-CB还具有优异的热稳定性和抗氧化性，使其在高温和氧化环境下仍能保持良好的性能。这一特性对于提高钙钛矿太阳能电池的长期稳定性和耐候性具有重要意义。实验表明，在60℃下经过1000小时的持续光照，添加Detran-CB的钙钛矿太阳能电池的功率衰减率仅为5%，远低于未添加Detran-CB的电池（20%）。这些研究成果表明，Detran-CB作为一种高性能的界面材料，在钙钛矿太阳能电池领域具有广阔的应用前景。

二、2.Detran-CB在钙钛矿电池中的应用原理

(1)Detran-CB在钙钛矿电池中的应用原理主要基于其分子结构的特殊性质。该材料中的双烷基锡和羟基能够有效地钝化钙钛矿薄膜中的缺陷，减少界面处的电子复合。这种钝化作用能够显著降低钙钛矿薄膜的界面能，从而提高电荷传输效率。此外，Detran-CB的引入还可以改善钙钛矿薄膜的成膜均匀性，减少缺陷的形成，进一步增强电池的整体性能。

(2)在钙钛矿电池中，Detran-CB的羟基部分能够与钙钛矿材料发生化学键合，形成稳定的界面。这种化学键合有助于提高电荷分离效率，降低界面处的电荷复合概率。同时，Detran-CB的烷基部分能够增强钙钛矿薄膜的机械强度，提高其耐候性和抗腐蚀性。实验表明，在钙钛矿电池中添加Detran-CB后，电池的功率转换效率得到了显著提升，最高可达19.5%，较未添加Detran-CB的电池提高了2.5%。

(3)Detran-CB作为一种有机-无机杂化材料，其在钙钛矿电池中的应用原理还与其热稳定性和抗氧化性有关。在高温和氧化环境下，Detran-CB能够保持良好的性能，减少界面处的缺陷积累，从而提高电池的长期稳定性和可靠性。此外，Detran-CB的引入还可以降低电池的串联电阻，提高其电流密度和功率输出。这些因素共同作用，使得Detran-CB成为了一种理想的钙钛矿电池界面材料，为高性能钙钛矿电池的研发提供了新的思路和途径。

三、3.Detran-CB制备高性能钙钛矿电池的实验方法

(1)制备高性能钙钛矿电池时，首先需要合成Detran-CB材料。通常采用有机合成方法，通过逐步反应得到。以1-丁烯-1,3-二醇和三甲基氯锡为原料，在无水条件下进行反应，合成出Detran-CB。合成过程中，控制反应温度在80-100℃，反应时间约为4小时。通过核磁共振波谱（NMR）分析，合成出的Detran-CB的分子结构符合预期。

(2)在钙钛矿电池制备过程中，将Detran-CB溶解于适量的有机溶剂中，如二甲基亚砜（DMSO）或四氢呋喃（THF）。随后，将溶解好的Detran-CB溶液滴加到钙钛矿前驱体溶液中，混合均匀。通过旋涂或喷雾技术在基底上形成薄膜。实验结果表明，使用旋涂法制备的钙钛矿薄膜厚度为180nm，均匀性良好。在制备过程中，Detran-CB的加入量为1wt%，可有效提高电池性能。

(3)钙钛矿电池的组装过程包括电极制备、电解质溶液配置和电池组装。首先，在钙钛矿薄膜上蒸镀一层金属电极，如银或金，作为阳极。接着，将钙钛矿薄膜与电子传输层接触，形成完整的电池结构。电解质溶液通常采用LiI/DMF/EA（LiI：碘化锂，DMF：二甲基甲酰胺，EA：乙二醇）的混合溶液。最后，将钙钛矿电池在氮气氛围下组装，并进行稳定性测试。实验数据显示，添加Detran-CB的钙钛矿电池在1000小时的连续光照下，功率转换效率衰减率仅为5%，远低于未添加Detran-CB的电池（2