包含离子液体的钙钛矿吸光层和钙钛矿太阳能电池及其应用的制作方法

本发明涉及太阳能电池，特别涉及包含离子液体的钙钛矿吸光层和钙钛矿太阳能电池及其应用。

背景技术：

1、随着人类社会的不断发展，对于能源的要求越来越多。传统的能源，如石油、天然气、煤炭等都是属于不可再生能源，不仅储存量日益减少，而且给环境带来了比较大的污染。所以大力发展可再生的绿色清洁能源就显得极为迫切和重要。其中太阳能尤为突出，取之不尽用之不竭，不会给环境造成影响。其应用研究已经受到越来越多的重视。开发清洁无污染且储量巨大的太阳能成为科研人员所关注与研究的热点。有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池(pscs)由于具有低成本、高转换效率、适合工业化生产等显著优点，自2009年问世以来，其光电转换效率迅速上升到26.1％。

2、pscs最具挑战性的问题是长期稳定性，在将其应用于实际应用之前，必须先解决这个问题。其中，高密度缺陷导致钙钛矿固体薄膜中严重的离子迁移，这是导致psc不稳定的主要原因。离子的迁移和积累会导致局部晶体结构变形，从而导致钙钛矿膜、电子传输层/空穴传输层和电极的进一步降解，从根本上限制了pscs的运行稳定性。因此，抑制离子迁移将对pscs的稳定产生深远的影响。此外，钙钛矿和载流子传输层之间还存在着显著的电荷复合，其中钙钛矿和空穴传输层之间的电荷复合损失已通过自组装分子层得到了很大改善。但是由于界面附近的少数载流子以及不完全钝化的陷阱态的影响，钙钛矿和电子传递层(通常由富勒烯如c60及其衍生物制成)之间的界面电荷复合损失仍未有很有效的解决办法。

3、因此，急需能够解决钙钛矿和电子传递层之间的界面电荷复合损失的方法和钙钛矿太阳能电池。

技术实现思路

1、本发明一方面涉及一种包括钙钛矿层和离子液体修饰层的钙钛矿吸光层，其特征在于所述离子液体具有如下结构式：

2、

3、其中n为1-12的整数，优选地，n为4-8的整数；以及

4、x-为抗衡离子，优选选自f-、cl-、br-、i-、hcoo-、bf4-、scn-、hso3-、hso4-和pf6-中的一种或多种。

5、在一些实施方案中，所述钙钛矿层的钙钛矿材料的通式为abx3，其中a为选自ch3nh3+、ch(nh2)2+、cs+和rb+中的任一种或多种，b为选自pb2+、sn2+和ge2+中的任一种或多种，x为选自cl-、br-和i-中的任一种或多种。在一些实施方案中，钙钛矿吸光层的厚度为300至800nm。

6、本发明另一方面涉及一种钙钛矿太阳能电池，其包含本发明的钙钛矿吸光层。

7、在一些实施方案中，所述钙钛矿太阳能电池包括依次叠设的导电基底、空穴传输层、钙钛矿层、离子液体修饰层、电子传输层及背电极。在一些实施方案中，所述电子传输层是n型无机半导体或n型有机半导体，优选地所述n型无机半导体或n型有机半导体的材料包括c60、pcbm、tio2、sno2、bcp、zno或zno-zns中的任一种。

8、在一些实施方案中，所述空穴传输层是p型无机半导体或p型有机半导体，优选地所述p型无机半导体或p型有机半导体的材料包括聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](ptaa)、2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(spiro-ometad)、聚3,4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(pedot:pss)、4-丁基-n,n-二苯基苯胺均聚物(ploy-tpd)、聚乙烯基咔唑(pvk)、niox、cui和cuscn中的任一种或多种材料。

9、在一些实施方案中，所述背电极的材料为au、ag、al或低温碳电极中的任一种。

10、本发明再一方面涉及一种制备本发明的钙钛矿吸光层或钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：将离子液体修饰层置于钙钛矿层之上，任选地在钙钛矿层和电子传输层之间。

11、在一些实施方案中，所述方法包括以下步骤：

12、1)制备钙钛矿前驱体溶液；

13、2)将基底退火，其中所述基底含空穴传输层；

14、3)将上述钙钛矿前驱体溶液涂覆于所述基底上并加热，以生成钙钛矿薄膜；

15、4)将含离子液体的溶液涂覆于上述钙钛矿薄膜上；

16、5)在所述经离子液体处理的钙钛矿薄膜上，形成电子传输层；和

17、6)在所述电子传输层上形成电极层。

18、在一些实施方案中，步骤1)中所述钙钛矿前驱体溶液的溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、二甲基亚砜(dmso)、n-甲基-2-吡咯烷酮(nmp)、γ-丁内酯(gbl)、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(dmi)、二甲基乙酰胺(dmac)、n,n-二甲基丙烯基脲(dmpu)、乙腈(acn)和2-巯基乙醇(me)中的任一种或多种。在一些实施方案中，步骤4)中所述离子液体的浓度为1-5mmol/l，和/或溶剂为选自异丙醇、氯苯、乙醇和丙酮中的一种或多种。

19、本发明又一方面涉及一种减少钙钛矿薄膜缺陷、增加钙钛矿成膜质量和/或增加钙钛矿太阳能电池稳定性方法，其包括将离子液体修饰层置于钙钛矿层之上，任选地在钙钛矿层和电子传输层之间，其中所述离子液体具有如下结构式：

20、

21、其中n为1-12的整数，优选地，n为4-8的整数；以及

22、x-为抗衡离子，优选选自f-、cl-、br-、i-、hcoo-、bf4-、scn-、hso3-、hso4-和pf6-中的一种或多种。

23、本发明再又一方面涉及本发明的钙钛矿吸光层或者钙钛矿太阳能电池用作光伏太阳电池的应用。

技术特征：

1.一种钙钛矿吸光层，包括钙钛矿层和离子液体修饰层，其特征在于：所述离子液体具有如下结构式：

2.如权利要求1所述的钙钛矿吸光层，其特征在于所述钙钛矿层的钙钛矿材料的通式为abx3，其中a为选自ch3nh3+、ch(nh2)2+、cs+和rb+中的任一种或多种，b为选自pb2+、sn2+和ge2+中的任一种或多种，x为选自cl-、br-和i-中的任一种或多种；和/或钙钛矿吸光层的厚度为300至800nm。

3.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于包含如权利要求1或2所述的钙钛矿吸光层。

4.如权利要求3所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于所述钙钛矿太阳能电池包括依次叠设的导电基底、空穴传输层、钙钛矿层、离子液体修饰层、电子传输层及背电极。

5.如权利要求4所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于所述电子传输层是n型无机半导体或n型有机半导体，优选地所述n型无机半导体或n型有机半导体的材料包括c60、pcbm、tio2、sno2、bcp、zno或zno-zns中的任一种。

6.如权利要求4所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于所述空穴传输层是p型无机半导体或p型有机半导体，优选地所述p型无机半导体或p型有机半导体的材料包括聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](ptaa)、2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(spiro-ometad)、聚3,4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(pedot:pss)、4-丁基-n,n-二苯基苯胺均聚物(ploy-tpd)、聚乙烯基咔唑(pvk)、niox、cui和cuscn中的任一种或多种材料；和/或

7.一种制备如权利要求1-2中任一项所述的钙钛矿吸光层或者如权利要求3-6中任一项所述的钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：将离子液体修饰层置于钙钛矿层之上，任选地在钙钛矿层和电子传输层之间，优选地所述方法包括以下步骤：

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于步骤1)中所述钙钛矿前驱体溶液的溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、二甲基亚砜(dmso)、n-甲基-2-吡咯烷酮(nmp)、γ-丁内酯(gbl)、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(dmi)、二甲基乙酰胺(dmac)、n,n-二甲基丙烯基脲(dmpu)、乙腈(acn)和2-巯基乙醇(me)中的任一种或多种；和/或

9.一种减少钙钛矿薄膜缺陷、增加钙钛矿成膜质量和/或增加钙钛矿太阳能电池稳定性方法，其包括将离子液体修饰层置于钙钛矿层之上，任选地在钙钛矿层和电子传输层之间，其中所述离子液体具有如下结构式：

10.如权利要求1-2中任一项所述的钙钛矿吸光层或者如权利要求3-6中任一项所述的钙钛矿太阳能电池用作光伏太阳电池的应用。

技术总结本发明涉及包含离子液体的钙钛矿吸光层和钙钛矿太阳能电池及其应用。具体而言，本发明涉及一种包括钙钛矿层和离子液体修饰层的钙钛矿吸光层，其特征在于：所述离子液体具有如下结构式：其中n为1‑12的整数，优选地，n为4‑8的整数；以及，X<supgt;‑</supgt;为抗衡离子，优选选自F<supgt;‑</supgt;、Cl<supgt;‑</supgt;、Br<supgt;‑</supgt;、I<supgt;‑</supgt;、HCOO<supgt;‑</supgt;、BF<subgt;4</subgt;<supgt;‑</supgt;、SCN<supgt;‑</supgt;、HSO<subgt;3</subgt;<supgt;‑</supgt;、HSO<subgt;4</subgt;<supgt;‑</supgt;和PF<subgt;6</subgt;<supgt;‑</supgt;中的一种或多种。技术研发人员：李子佳,王文松,贾镇,何胜受保护的技术使用者：正泰新能科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29