CN107922446B - 有机-无机混合钙钛矿、其制备方法及包含其的太阳能电池 - Google Patents

有机-无机混合钙钛矿、其制备方法及包含其的太阳能电池 Download PDF

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Abstract

本发明涉及可用作太阳能电池的吸收剂的具有新结构的有机/无机混合钙钛矿、其制备方法以及包含其的太阳能电池。根据本发明的化合物具有引入重氢的钙钛矿结构，由此表现出高湿度和光稳定性，并且因此可用作太阳能电池的吸收剂。

Description

有机-无机混合钙钛矿、其制备方法及包含其的太阳能电池
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年12月4日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2015-0172409号和于2016年10月31日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2016-0142890号的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。
本发明涉及可用作太阳能电池的吸收剂的有机-无机混合钙钛矿、其制备方法以及包含其的太阳能电池。
背景技术
为了解决由化石能源的耗竭以及由于其使用而导致的全球环境问题，已经积极地进行了对可再生并且清洁的替代能源(如太阳能、风能和水能)的研究。
在这些当中，对可直接从太阳光转化成电能的太阳能电池的兴趣已经显著提高。此处，太阳能电池是指利用吸收来自太阳光的光能以产生电子和空穴的光伏效应来产生电流-电压的电池。
目前，可制造光电转化效率大于20％的n-p二极管型基于单晶硅(Si)的太阳能电池，已实际用于太阳能发电，并且存在使用化合物半导体如砷化镓(GaAS)的太阳能电池，其具有比n-p二极管型基于单晶硅(Si)的太阳能电池更高的转化效率。然而，由于这些基于无机半导体的太阳能电池出于高效率而需要显著高的纯度纯化的材料，因此在纯化原材料上消耗了大量的能量，并且在使用原材料的单晶化工艺或减薄工艺中需要昂贵的加工设备，使得在降低太阳电池的制造成本方面有局限性，由此阻碍了太阳能电池的大规模使用。
因此，为了以低成本制造太阳能电池，应该大幅降低用于太阳能电池的核心材料或太阳能电池制造工艺的成本，并且作为基于无机半导体的太阳能电池的替代品，已经积极地进行了可使用廉价的材料和工艺制造的染料敏化太阳能电池和有机太阳能电池的研究。
染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cell，DSSC)首次于1991年由瑞士EPFL的Michael Gratzel教授研发并在Nature(第353卷，第737页)中报道。
早期的染料敏化太阳能电池具有这样的简单结构：其中吸收光的染料被吸附到透明电极膜上的多孔光阳极上，然后将另一导电玻璃基底放置在顶部，并且其间填充有液体电解质。染料敏化太阳能电池的工作原理如下。当以化学方式吸附到多孔光阳极表面上的染料分子吸收太阳光时，所述染料分子产生电子-空穴对，并且电子被注入到用作多孔光阳极的半导体氧化物的导带中以传输至透明导电膜，由此产生电流。留在染料分子中的空穴以如下形式构成完整的太阳能电池电路：其中空穴通过由液体或固体电解质的氧化-还原反应引起的空穴导电或者空穴导电聚合物传输至光阴极，由此进行外部工作。
在这种DSSC的构造中，透明导电膜主要由氟掺杂的氧化锡(FTO)或铟掺杂的氧化锡(ITO)制成，并且具有宽带隙的纳米颗粒被用作多孔光阳极。作为染料，以化学方式合成并使用这样的多种材料：能够特别好地吸收光，并且由于染料的最低未占据分子轨道(LUMO)能级高于光阳极材料的导带能级而容易分离由光产生的激子，从而提高太阳能电池的效率。在大约20年中，迄今为止报道的液体型染料敏化太阳能电池的最大效率为11％至12％。液体型染料敏化太阳能电池具有相对较高的效率，由此使其可能被商业化。然而，存在由于挥发性液体电解质所致的随时间的稳定性问题和由于使用基于昂贵的钌(Ru)的染料所致的降低成本的问题。
为了解决这些问题，已经进行了对使用离子溶剂的非挥发性电解质而不是挥发性液体电解质、凝胶型聚合物电解质和廉价纯有机染料的使用的研究，但是使用这些材料的DSSC的效率低于使用挥发性液体电解质和基于钌(Ru)的染料的DSSC的效率。
同时，自20世纪90年代中期以来一直认真研究的有机光伏(OPV)由具有电子供体(D，或通常称为空穴受体)特性和电子受体(A)特性的有机材料构成。当由有机分子制成的太阳能电池吸收光时，形成被称为激子的电子和空穴。激子移动到D-A界面以使电荷分离，电子移动到电子受体而空穴移动到电子供体，从而产生光电流。
由于在电子供体中产生的激子可移动的距离约为10nm，这是非常短的，因此，不能将光活性有机材料层合得较厚，因此光吸收谱低且效率低。然而，近年来，由于引入增大界面表面积的所谓体异质结(BHJ)概念，以及容易吸收宽范围的太阳光的具有小带隙的电子供体有机材料的开发，效率大大提高，已报道了效率为8％或更高的有机光伏(AdvancedMaterials,23(2011)4636)。
在有机光伏中，由于有机材料的高成形性、其多样性及其低成本，所以电池的制造工艺是简单的，例如与现有的太阳能电池相比，有机光伏的可以以低成本制造。然而，有机光伏具有BHJ的结构因空气中的水分或氧而劣化，从而使其效率迅速降低的问题，即太阳能电池的稳定性问题。当为了解决此问题引入完全密封太阳能电池的技术时，可以增加稳定性，但是成本也会增加。
作为解决由液体电解质引起的染料敏化太阳能电池的问题的方法，MichaelGratzel(瑞士EPFL的化学教授，染料敏化太阳能电池的发明者)已在1998年的Nature中报道了使用螺-OMeTAD(2,2′,7,7′-四(N,N-二-对-甲氧基苯胺)-9,9′-螺双芴)(一种固态空穴导电有机材料)而不是液体电解质的全部固态的DSSC效率为0.74％。随后，通过优化结构，改善界面特性并提高空穴传导率，将效率提高至约5.0％。此外，制造了使用廉价的纯有机染料代替基于钌的染料并且使用P3HT、PEDOT等作为空穴导体的太阳能电池，但是太阳能电池的效率仍然低，为2％至7％。
此外，已经报道了使用量子点纳米颗粒而不是染料作为光吸收剂并且使用空穴导电无机材料或有机材料而不是液体电解质的太阳能电池的研究。已经报道了使用CdSe、PbS等作为量子点并使用诸如螺-OMeTAD或P3HT的导电聚合物作为空穴导电有机材料的许多太阳能电池，但是其效率仍非常低，为5％或更小。此外，已经报道了Sb2S3作为光吸收无机材料并且PCPDTBT作为空穴导电无机材料的太阳能电池的效率为约6％(Nano Letters,11(2011)4789)，但是尚未报道效率的进一步提高。
此外，已经报道了使用具有有机-无机混合钙钛矿结构的物质代替用于染料敏化太阳能电池的染料而不是由纯矿物制成的量子点的太阳能电池的效率为约9％(Scientific Reports 2,591)。此外，尽管公开了使用钙钛矿的太阳能电池，但是没有关于新型钙钛矿材料的报道。
因此，本发明人已经对改进有机-无机混合钙钛矿结构以提高有机-无机混合钙钛矿的湿度和光稳定性进行了研究，并发现，具有如下所述的新型结构的有机-无机混合钙钛矿满足上述要求，由此完成了本发明。
发明内容
技术问题
本发明的一个目的是提供可用作太阳能电池的吸收剂的有机-无机混合钙钛矿及其制备方法。
本发明的另一个目的是提供包含上述有机-无机混合钙钛矿的太阳能电池。
技术方案
为了实现上述目的，本发明提供了由以下化学式1表示的化合物：
[化学式1]
(NH2CHNH2MX3)x(AM'x'3)(1-x)
在化学式1中，
M为二价金属阳离子，
X为相同或不同的卤素，
A为CD3-aHaN+D3-bHb',
其中a为0至3的整数，并且b为0至3的整数，但是除了a为3且b为3的情况以外，
M'为二价金属阳离子，
X'为相同或不同的卤素，并且
x为大于0且小于1的实数。
由化学式1表示的化合物为钙钛矿化合物。如本文使用的，术语“钙钛矿”以俄罗斯矿物学家Lev Perovski命名，并且是指具有由阳离子(A和M)和阴离子(X)组成的式AMX3并且具有与钛酸钙(CaTiO3)(第一种钙钛矿型材料，其发现于乌拉尔山脉)相同类型的结构的任何材料。在用于如本发明的太阳能电池的钙钛矿的情况下，通常使用一价铵离子作为对应于A的阳离子，并且因此使用术语“有机-无机混合”。
在常规太阳能电池中使用的钙钛矿中，通常已知CH3NH3 +(甲基铵；MA)是对应于A的阳离子。然而，包含甲基铵的钙钛矿具有对光、水分和热不稳定的特性，因此，存在当太阳能电池运行时光转换效率随着时间的推移而降低的问题。此外，已知甲脒
Figure GDA0002333584150000051
(FA)是对应于A的阳离子，并且已知与包含甲基铵的钙钛矿相比，包含其的钙钛矿具有降低的带隙。
此外，已经报道了包含甲基铵和甲脒
Figure GDA0002333584150000052
二者作为对应于A的阳离子的钙钛矿，但是存在的缺点是其对湿度和光的稳定性弱，并且当施加到太阳能电池时长期稳定性劣化。
因此，在本发明中，提供了包含甲基铵和甲脒
Figure GDA0002333584150000053
二者作为对应于A的阳离子并且具有在甲基铵中被至少一个氘取代的结构的钙钛矿。当氘取代时，由于同位素效应，零点能(ZPE)降低，并且其可以具有化学稳定的特性。可以确认的是，与没有被氘取代的情况相比，在如后面所述的实施例那样被氘取代的情况下，太阳能电池的效率长时间保持。
优选地，M为Pb2+、Sn2+、Pd2+、Cu2+、Ge2+、Sr2+、Cd2+、Ca2+、Ni2+、Mn2+、Fe2+、Co2+、Sn2+、Yb2 +、或Eu2+。更优选地，M为Pb2+或Sn2+，并且最优选地为Pb2+。
此外，优选地，X各自独立地为Cl-、Br-、或I-。由于X可以彼此相同或不同，所以化学式1中的X可以包含两种或三种卤素。
在化学式1中，A具有在甲基铵中被至少一个氘取代的结构。因此，A可具有以下结构：CD3N+D3、CD3N+D2H、CD3N+DH2、CD3N+H3、CD2HN+D3、CD2HN+D2H、CD2HN+DH2、CD2HN+H3、CDH2N+D3、CDH2N+D2H、CDH2N+DH2、CDH2N+H3、CH3N+D3、CH3N+D2H或CH3N+DH2。
优选地，M'为Pb2+、Sn2+、Pd2+、Cu2+、Ge2+、Sr2+、Cd2+、Ca2+、Ni2+、Mn2+、Fe2+、Co2+、Sn2+、Yb2+、或Eu2+。更优选地，M'为Pb2+或Sn2+，并且最优选地为Pb2+。
此外，优选地，X'各自独立地为Cl-、Br-、或I-。由于X'可以彼此相同或不同，所以化学式1中的X'可包含两种或三种卤素。
x表示化学式1中存在的两种钙钛矿结构的比例，并且为大于0且小于1的实数。优选地，x为0.6或更大且0.8或更小并且更优选0.7的实数。
优选地，M和M'彼此相同。更优选地，M和M'为Pb2+。
优选地，X和X'全部相同。更优选地，X和X'全部为Cl-、Br-、或I-。
由化学式1表示的化合物的代表性实例由化学式1-1或1-2表示：
[化学式1-1]
(NH2CHNH2PbI3)0.7(CD3ND2HPbX'3)0.3
[化学式1-2]
(NH2CHNH2PbI3)0.7(CD3ND3Pbx'3)0.3
此外，本发明提供了用于制备由化学式1表示的化合物的方法，包括使(NH2CHNH2X)x、(MX2)x、(AX')(1-x)和(M'X'2)(1-x)反应产生由化学式1表示的化合物。
此外，本发明提供了包含由化学式1表示的化合物作为吸收剂的太阳能电池。
本文使用的术语“吸收剂”是指吸收来自太阳能电池的光以产生激子(即电子和空穴)的物质。如上所述，由化学式1表示的化合物是钙钛矿化合物并且可用作太阳能电池的吸收剂，并且特别地具有高湿度和光稳定性。
本发明使用的太阳能电池可具有本领域使用的太阳能电池结构，不同之处在于使用由化学式1表示的化合物作为吸收剂。作为实例，本发明使用的太阳能电池可以如下配置：
包括导电透明基底的第一电极；
形成在第一电极上的电子传输层；
形成在电子传输层上并且包含由化学式1表示的化合物的光吸收层；
形成在光吸收层上的空穴传输层；以及
形成在空穴传输层上的第二电极。
此外，太阳能电池可以通过以下步骤制造：
1)在包括导电透明基底的第一电极上形成电子传输层；
2)将由化学式1表示的化合物吸附到电子传输层上，并且对其进行热处理以形成光吸收层；
3)在光吸收层上形成空穴传输层；以及
4)在空穴传输层上形成第二电极。
对上述导电透明基底没有特别的限制，只要其是通常用于太阳能电池领域的导电透明基底即可。例如，可以使用氟掺杂的氧化锡(FTO)、铟掺杂的氧化锡(ITO)、ZnO、PEDOT:PSS等。
电子传输层可以使用多孔金属氧化物，并且优选地通过金属氧化物颗粒而具有多孔结构。作为金属氧化物，可以使用TiO2、SnO2、ZnO、Nb2O5、Ta2O5、WO3、W2O5、In2O3、Ga2O3、Nd2O3、PbO、或CdO。
空穴传输层可以使用固态空穴传输材料或液相电解质。作为固态空穴传输材料的实例，可以使用螺-OMeTAD(2,2’,7,7’-四-(N,N-二-对-甲氧基苯胺)9,9’-螺双芴)、P3HT(聚(3-己基噻吩))、PCPDTBT(聚[2,1,3-苯并噻二唑-4,7-二基[4,4-双(2-乙基己基)-4H-环戊并[2,1-b:3,4-b’]二噻吩-2,6-二基]])、PVK(聚(N-乙烯基咔唑))、HTM-TFSI(1-己基-3-甲基咪唑
Figure GDA0002333584150000071
双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺)、Li-TFSI(锂双(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺)、tBP(叔丁基吡啶)、PDOT:PSS(聚(3,4-亚乙基二氧基噻吩)聚(苯乙烯磺酸酯))等。作为液相电解质，可以使用碘和添加剂被溶解在溶剂中的液相电解质。例如，选自脲、硫脲、叔丁基吡啶、硫氰酸胍(guanidium thiocyanate)等的一种或更多种添加剂可以与选自乙酸乙酯、乙腈、甲苯、甲氧基丙腈等的一种或更多种溶剂一起使用。
对于第二电极，可以在包含选自ITO、FTO、ZnO-Ga2O3和基于锡的氧化物的一种或更多种材料的玻璃基底或塑料基底上形成包含选自Pt、Au、Ni、Cu、Ag、In、Ru、Pd、Rh、Ir、Os、C和导电聚合物的一种或更多种材料的导电层。
此外，步骤2的吸附化合物可以通过旋涂、浸涂、丝网涂覆、喷涂、电纺丝等进行10秒至5分钟。此外，用于分散由化学式1表示的化合物的溶剂没有特别地限制，只要是容易溶解钙钛矿的溶剂即可，但是，优选γ-丁内酯、DMF等。在吸附之后，热处理温度优选为40℃至300℃。
有益效果
如上所述，根据本发明的化合物具有其中引入有氘的钙钛矿结构，由此表现出高湿度和光稳定性，因此可用作太阳能电池的吸收剂。
附图说明
图1示出了具有本发明的实施例和比较例中制备的化合物的太阳能电池的效率。
具体实施方式
下文中，将描述本发明的优选实施例以更好地理解本发明。然而，提供这些实施例仅用于更容易地理解本发明，而不应理解为将本发明限于此。
制备例1：甲基碘化铵-d5的制备
将甲胺-d5气体注入2L真空烧瓶中。将烧瓶在-78℃(干冰和丙酮浴)下保持约15分钟直至气体冷凝为液体。用注射器将5g的甲醇-d4注入烧瓶中并搅拌30分钟，然后，使温度升高至0℃。添加氢碘酸(HI，57重量％)(22.66mL，0.17mol)并搅拌1.5小时。使用旋转蒸发仪除去溶剂，用乙醚洗涤，然后过滤并真空干燥以得到甲基碘化铵-d5(10.98g，80.4％)。
2H NMR(旋转速度＝18kHz)(600MHz，ppm)：1.1(3，s)，5.2(2，s)
1H NMR(D2O(700MHz)，ppm)：4.28(1，s)
制备例2：甲基溴化铵-d5的制备
以与制备例1相同的方式制备甲基溴化铵-d5，不同之处在于使用氢溴酸(HBr，48重量％)代替氢碘酸(HI，57重量％)。
2H NMR(旋转速度＝18kHz)(600MHz，ppm)：1.2(3，s)，5.3(2，s)
1H NMR(D2O(700MHz)，ppm)：4.30(1，s)
制备例3：甲基氯化铵-d5的制备
以与制备例1相同的方式制备甲基氯化铵-d5，不同之处在于使用盐酸(HCl，37重量％)代替氢碘酸(HI，57重量％)。
2H NMR(旋转速度＝18kHz)(600MHz，ppm)：1.2(3，s)，5.4(2，s)
1H NMR(D2O(700MHz)，ppm)：4.31(1，s)
制备例4：甲基氟化铵-d5的制备
以与制备例1相同的方式制备甲基氟化铵-d5，不同之处在于使用氢氟酸(HF，48重量％)代替氢碘酸(HI，57重量％)。
2H NMR(旋转速度＝18kHz)(600MHz，ppm)：1.2(3，s)，5.5(2，s)
1H NMR(D2O(700MHz)，ppm)：4.32(1，s)
制备例5：甲基碘化铵-d6的制备
以与制备例1相同的方式制备甲基碘化铵-d6，不同之处在于使用碘化氘(DI，57重量％)代替氢碘酸(HI，57重量％)。
2H NMR(旋转速度＝18kHz)(600MHz，ppm)：1.1(3，s)，5.2(3，s)
制备例6：甲基溴化铵-d6的制备
以与制备例2相同的方式制备甲基溴化铵-d6，不同之处在于使用溴化氘(DBr，47重量％)代替氢溴酸(HBr，48重量％)。
2H NMR(旋转速度＝18kHz)(600MHz，ppm)：1.2(3，s).5.3(3，s)
制备例7：甲基氯化铵-d6的制备
以与制备例3相同的方式制备甲基氯化铵-d6，不同之处在于使用氯化氘(DCl，35重量％)代替盐酸(HCl，37重量％)。
2H NMR(旋转速度＝18kHz)(600MHz，ppm)：1.2(3，s)5.4(3，s)
制备例8：FAI(formamidinium iodide，甲脒
Figure GDA0002333584150000091
碘化物)的制备
将甲脒乙酸盐放置在500mL烧瓶中并在冰浴中冷却。15分钟之后，在氩气氛下使用滴液漏斗滴加氢碘酸(HI)(2当量)。在50℃下搅拌30分钟之后，在50℃下用旋转蒸发仪除去所有剩余的溶剂。将经沉淀的FAI添加到乙醚中，洗涤并搅拌10分钟，过滤并将所述过程再重复一次。在50℃下，将洗涤后的FAI添加至乙醇中并在搅拌的同时溶解。然后，将溶液放置在冰箱中并重结晶一天。重结晶之后，过滤产物并在50℃的真空烘箱中干燥12小时以得到最终产物(4.21g，39％)。
1H NMR(D2O(700MHz)，ppm)：7.2(5，s)
制备例9：甲基碘化铵的制备
以与制备例8相同的方式制备甲基碘化铵(产率：80.4％)，不同之处在于使用甲基胺溶液(在甲醇中40重量％)代替甲脒乙酸盐。
1H NMR(D2O(700MHz)，ppm)：8.52(3，s)，2.47(3，s)
比较例1：(FAPbI3)0.7(CH3NH3PbI3)0.3的制备
将制备例8中制备的甲脒
Figure GDA0002333584150000101
碘化物和碘化铅(II)以1∶1的摩尔比溶解在1-甲基-吡咯烷酮中，并且将制备例9中制备的甲基碘化铵和碘化铅(II)以1∶1的摩尔比溶解在1-甲基-吡咯烷酮中。将每种溶液以7∶3的摩尔比混合并在70℃下搅拌2小时以制备40重量％的(FAPbI3)0.7(CH3NH3PbI3)0.3溶液。
实施例1：(FAPbI3)0.7(CD3ND2HPbI3)0.3的制备
将制备例8中制备的甲脒
Figure GDA0002333584150000102
碘化物和碘化铅(II)以1∶1的摩尔比溶解在1-甲基-吡咯烷酮中，并且将制备例1中制备的甲基碘化铵-d5和碘化铅(II)以1∶1的摩尔比溶解在1-甲基-吡咯烷酮中。将每种溶液以7∶3的摩尔比混合并在70℃下搅拌2小时以制备40重量％的(FAPbI3)0.7(CD3ND2HPbI3)0.3溶液。
实施例2：(FAPbI3)0.7(CD3ND2HPbBr3)0.3的制备
将制备例8中制备的甲脒
Figure GDA0002333584150000103
碘化物和碘化铅(II)以1∶1的摩尔比溶解在1-甲基-吡咯烷酮中，并且将制备例2中制备的甲基溴化铵-d5和碘化铅(II)以1∶1的摩尔比溶解在1-甲基-吡咯烷酮中。将每种溶液以7∶3的摩尔比混合并在70℃下搅拌2小时以制备40重量％的(FAPbI3)0.7(CD3ND2HPbBr3)0.3。
实施例3：(FAPbI3)0.7(CD3ND2HPbCl3)0.3的制备
将制备例8中制备的甲脒
Figure GDA0002333584150000104
碘化物和碘化铅(II)以1∶1的摩尔比溶解在1-甲基-吡咯烷酮中，并且将制备例3中制备的甲基氯化铵-d5和氯化铅(II)以1∶1的摩尔比溶解在1-甲基-吡咯烷酮中。将每种溶液以7∶3的摩尔比混合并在70℃下搅拌2小时以制备40重量％的(FAPbI3)0.7(CD3ND2HPbCl3)0.3溶液。
实施例4：(FAPbI3)0.7(CD3ND2HPbF3)0.3的制备
将制备例8中制备的甲脒
Figure GDA0002333584150000111
碘化物和碘化铅(II)以1∶1的摩尔比溶解在1-甲基-吡咯烷酮中。将制备例4中制备的甲基氟化铵-d5和氟化铅(II)以1∶1的摩尔比溶解在1-甲基-吡咯烷酮中。将每种溶液以7∶3的摩尔比混合并在70℃下搅拌2小时以制备40重量％的(FAPbI3)0.7(CD3ND2HPbF3)0.3溶液。
实施例5：(FAPbI3)0.7(CD3ND3PbI3)0.3的制备
将制备例8中制备的甲脒
Figure GDA0002333584150000112
碘化物和碘化铅(II)以1∶1的摩尔比溶解在1-甲基-吡咯烷酮中。将制备例5中制备的甲基碘化铵-d6和碘化铅(II)以1∶1的摩尔比溶解在1-甲基-吡咯烷酮中。将每种溶液以7∶3的摩尔比混合并在70℃下搅拌2小时以制备40重量％的(FAPbI3)0.7(CD3ND3PbI3)0.3溶液。
实施例6：(FAPbI3)0.7(CD3ND3PbBr3)0.3的制备
将制备例8中制备的甲脒
Figure GDA0002333584150000113
碘化物和碘化铅(II)以1∶1的摩尔比溶解在1-甲基-吡咯烷酮中，并且将制备例6中制备的甲基溴化铵-d6和溴化铅(II)以1∶1的摩尔比溶解在1-甲基-吡咯烷酮中。将每种溶液以7∶3的摩尔比混合并在70℃下搅拌2小时以制备40重量％的(FAPbI3)0.7(CD3ND3PbBr3)0.3溶液。
实施例7：(FAPbI3)0.7(CD3ND3PbCl3)0.3的制备
将制备例8中制备的甲脒
Figure GDA0002333584150000114
碘化物和碘化铅(II)以1∶1的摩尔比溶解在1-甲基-吡咯烷酮中。将制备例7中制备的甲基氯化铵-d6和氯化铅(II)以1∶1的摩尔比溶解在1-甲基-吡咯烷酮中。将每种溶液以7∶3的摩尔比混合并在70℃下搅拌2小时以制备40重量％的(FAPbI3)0.7(CD3ND3PbCl3)0.3溶液。
实验例
使用超声波用乙醇将FTO玻璃(Pikington，TEC-7，7Ω/sq)洗涤40分钟。通过旋涂法使用0.1M二异丙氧双(乙基乙酰乙酸)合钛(IV)/1-丁醇溶液涂覆FTO基底(第一电极的制备)。在500℃下热处理15分钟之后，将1g的TiO2糊料用10mL的乙醇稀释制备的溶液通过旋涂法涂覆TiO2糊料，然后，在500℃下热处理1小时。
将实施例1至7和比较例中制备的每种溶液滴到涂覆有TiO2膜(2.5×2.5cm2)的FTO玻璃上，并且通过旋涂法进行涂覆，在结束之前，以滴加的方式添加作为非溶剂的甲苯10秒。在100℃的热板上将反应产物热处理10分钟。然后，通过旋涂法涂覆60mM的螺-OMeTAD/Li-TFSI/叔丁基吡啶/氯苯(Aldrich)来制备空穴传输层。蚀刻宽度为2.5cm且长度为0.5cm的阳极，并掩蔽，然后使Au沉积以制备电极(第二电极)。
使用上述制备的太阳能电池测量太阳能电池的效率并且将结果示于下面表1和图1中。测量期间的湿度保持为20％。表1示出了第一次测量时的测量结果，且图1示出了随时间流逝测量的功率产生效率。
[表1]
Figure GDA0002333584150000121
如表1和图1所示，在初次测量时，实施例的太阳能电池具有比比较例的太阳能电池更高的功率产生效率。此外，可以确定在比较例中，在初次测量之后，功率产生效率随时间的流逝而迅速降低，而在实施例中，功率产生效率在长时间内保持在高数值。

Claims (8)

1.一种由以下化学式1表示的化合物：
[化学式1]
(NH2CHNH2MX3)x(AM′X′3)(1-x)
在化学式1中，
M为Pb2+、Sn2+、Pd2+、Cu2+、Ge2+、Sr2+、Cd2+、Ca2+、Ni2+、Mn2+、Fe2+、Co2+、Yb2+、或Eu2+，
X为相同或不同的卤素，
A为CD3N+D3或CD3N+D2H，
M'为Pb2+、Sn2+、Pd2+、Cu2+、Ge2+、Sr2+、Cd2+、Ca2+、Ni2+、Mn2+、Fe2+、Co2+、Yb2+、或Eu2+，
X'为相同或不同的卤素，并且
x为0.6或更大且0.8或更小的实数。
2.根据权利要求1所述的化合物，其中X各自独立地为Cl-、Br-、或I-。
3.根据权利要求1所述的化合物，其中X'各自独立地为Cl-、Br-、或I-。
4.根据权利要求1所述的化合物，其中M和M'彼此相同。
5.根据权利要求1所述的化合物，其中X和X'全部相同。
6.根据权利要求1所述的化合物，其中所述由化学式1表示的化合物由化学式1-1或1-2表示：
[化学式1-1]
(NH2CHNH2PbI3)0.7(CD3ND2HPbX′3)0.3
[化学式1-2]
(NH2CHNH2PbI3)0.7(CD3ND3PbX′3)0.3。
7.一种太阳能电池，其包含权利要求1至6中任一项所述的化合物作为吸收剂。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池，其中所述太阳能电池具有以下结构：
包括导电透明基底的第一电极；
形成在所述第一电极上的电子传输层；
形成在所述电子传输层上并且包含所述由化学式1表示的化合物作为光吸收剂的光吸收层；
形成在所述光吸收层上的空穴传输层；以及
形成在所述空穴传输层上的第二电极。
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