钙钛矿太阳能电池及用电装置的制作方法

本申请涉及太阳能电池，尤其涉及一种钙钛矿太阳能电池及用电装置。

背景技术：

1、富勒烯(c60)及其衍生物etl[6,6]-苯基-c61-丁酸甲酯(pcbm)因其具有与钙钛矿活性层相匹配的能级以及优异的电子传输性能这两大优势，成为目前钙钛矿太阳能电池最常用的电子传输层材料(etm)。然而，其本征的低溶解度和聚集倾向会导致由富勒烯及其衍生物制备的电子传输层形貌不佳，导致器件结构缺陷，进而影响器件的光电转换效率(pce)和稳定性。

2、因此，寻找更适于钙钛矿太阳能电池的新型电子传输层材料是亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本申请是鉴于上述课题而进行的，其目的在于，提供一种钙钛矿太阳能电池，相比于传统钙钛矿太阳能电池，其光电转换效率更高、稳定性更好。

2、本申请是通过如下的技术方案实现的。

3、本申请的第一方面，提供一种钙钛矿太阳能电池，包括透明电极以及设置在所述透明电极之上的功能层和电极层，所述功能层包括电子传输层、空穴传输层，以及设置于所述电子传输层与空穴传输层之间的钙钛矿吸光层；其中，所述电子传输层的材料包含具有如下式i所示结构的聚合物：

4、

5、式i中，n表示聚合度；

6、l为单键、碳原子数为2-10的取代或未取代的乙烯基、碳原子数为6-30的取代或未取代的芳基、或碳原子数为3-30的取代或未取代的杂芳基；l中，取代基各自独立地包括为氢、氘、卤素、碳原子数为1-4的烷基、碳原子数为6-12的芳基或碳原子数为5-12的杂芳基；

7、a为吸电子基团；

8、r选自氢、氘、碳原子数为1-30的取代或未取代的烷基、碳原子数为1-30的取代或未取代的烷氧基、碳原子数为1-30的取代或未取代的烷硫基、碳原子数为4-30的取代或未取代的环烷基、碳原子数为6-60的取代或未取代的芳基、或碳原子数为3-60的取代或未取代的杂芳基；r中，各取代基独立地选自氘、卤素、cn氰基、碳原子数为1-10的烷基、碳原子数为3-10的环烷基、碳原子数为6-25的芳基或碳原子数为5-20的杂芳基。

9、在一些实施例中，a选自取代或未取代的苯并三唑基、取代或未取代的苯并噻二唑基、取代或未取代的苯并硒二唑基、取代或未取代的噻吩并噻吩基、取代或未取代的噻吩并吡咯二酮基、取代或未取代的苯并二噻吩二酮基、取代或未取代的喹喔啉基、取代或未取代的萘二酰亚胺基、取代或未取代的苝四甲酰二亚胺基、或取代或未取代的双噻吩酰亚胺基；

10、可选地，a中的取代基各自独立地选自氘、cn、卤素、碳原子数为1～18的烷基、碳原子数为1～18的卤代烷基、羧基或碳原子数为1～18的酯基。

11、在一些实施例中，a选自以下基团中的任一种：

12、

13、其中，各r1独立地为氢、氘、碳原子数为1～18的烷基或碳原子数为1～18的卤代烷基；

14、各r2独立地为氢、氘、卤素、碳原子数为1～18的烷基或碳原子数为1～18的卤代烷基。

15、在一些实施例中，l为单键、取代或未取代的乙烯基、取代或未取代的苯基、取代或未取代的呋喃基、取代或未取代的联二呋喃基、取代或未取代的呋喃乙烯呋喃基、取代或未取代的噻吩基、取代或未取代的联二噻吩基、取代或未取代的噻吩乙烯噻吩基、取代或未取代的硒吩基、取代或未取代的联二硒吩基、或取代或未取代的硒吩乙烯硒吩基；

16、可选地，l中的取代基选自氢、氘、卤素、碳原子数为1-4的烷基碳原子数为6-12的芳基或碳原子数为5-12的杂芳基。

17、在一些实施例中，r选自碳原子数为3～18的烷基。

18、在一些实施例中，n＝1～200。

19、在一些实施例中，所述电子传输层的材料包括以下结构所示的聚合物中的一种或多种：

20、

21、

22、其中，各r1独立地为氢、氘、碳原子数为1～10的烷基或碳原子数为1～10的卤代烷基；

23、各r2独立地为氢、氘、卤素、碳原子数为1～10的烷基或碳原子数为1～10的卤代烷基；

24、r3、r4、r5和r6相同或不同，且各自独立地选自碳原子数为1-8的烷基。

25、在一些实施例中，所述聚合物的homo能级为-5.4ev～-8.0ev，lumo能级为-3.4ev～-4.5ev。

26、在一些实施例中，所述钙钛矿吸光层的材料的结构通式为abx3或a2cdx6，其中，a为一价阳离子，b为二价金属阳离子，c为一价金属阳离子，d为三价金属阳离子，x为一价阴离子；

27、可选地，a包括甲胺基、乙胺基、丙胺基、丁胺基、戊胺基、己胺基、甲脒基、咪唑基、li+、na+、k+、rb+和cs+中的至少一种；

28、可选地，b包括pb2+、cs2+、sn2+、zn2+、ti2+、sb2+、bi2+、ni2+、fe2+、co2+、cu2+、ge2+、mg2+、ca2+、in2+、al2+、mn2+、cr2+、mo2+和eu2+中的一种或多种；

29、可选地，c包括ag+、cs+、k+和ru+中一种或多种；

30、可选地，d包括bi3+、sb3+和in3+中的一种或多种；

31、可选地，x包括f-、i-、br-和cl-中的一种或多种。

32、在一些实施例中，所述空穴传输层材料包括氧化镍、2,2,7,7-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9-螺二芴、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]、[4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基]磷酸、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]、聚-3已基噻吩、三蝶烯为核的三苯胺、3,4-乙烯二氧噻吩-甲氧基三苯胺、n-(4-苯胺)咔唑-螺双芴、聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚(苯乙烯磺)、聚噻吩、氧化钼、碘化亚铜和氧化亚铜中的一种或多种。

33、本申请的第二方面，还提供一种用电装置，包括本申请的第一方面的钙钛矿太阳能电池。

技术特征：

1.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括透明电极以及设置在所述透明电极之上的功能层和电极层，所述功能层包括电子传输层、空穴传输层，以及设置于所述电子传输层与空穴传输层之间的钙钛矿吸光层；其中，所述电子传输层的材料包含具有如下式i所示结构的聚合物：

2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，a选自取代或未取代的苯并三唑基、取代或未取代的苯并噻二唑基、取代或未取代的苯并硒二唑基、取代或未取代的噻吩并噻吩基、取代或未取代的噻吩并吡咯二酮基、取代或未取代的苯并二噻吩二酮基、取代或未取代的喹喔啉基、取代或未取代的萘二酰亚胺基、取代或未取代的苝四甲酰二亚胺基、或取代或未取代的双噻吩酰亚胺基；

3.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，a选自以下基团中的任一种：

4.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，l为单键、取代或未取代的乙烯基、取代或未取代的苯基、取代或未取代的呋喃基、取代或未取代的联二呋喃基、取代或未取代的呋喃乙烯呋喃基、取代或未取代的噻吩基、取代或未取代的联二噻吩基、取代或未取代的噻吩乙烯噻吩基、取代或未取代的硒吩基、取代或未取代的联二硒吩基、或取代或未取代的硒吩乙烯硒吩基；

5.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，r选自碳原子数为3～18的烷基。

6.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，n＝1～200。

7.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层的材料包括以下结构所示的聚合物中的一种或多种：

8.根据权利要求1～7任一项所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述聚合物的homo能级-5.4～-8.0ev，lumo能级为-3.4～-4.5ev。

9.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿吸光层的材料的结构通式为abx3或a2cdx6，其中，a为一价阳离子，b为二价金属阳离子，c为一价金属阳离子，d为三价金属阳离子，x为一价阴离子；

10.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层材料包括氧化镍、2,2,7,7-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9-螺二芴、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]、[4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基]磷酸、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]、聚-3已基噻吩、三蝶烯为核的三苯胺、3,4-乙烯二氧噻吩-甲氧基三苯胺、n-(4-苯胺)咔唑-螺双芴、聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚(苯乙烯磺)、聚噻吩、氧化钼、碘化亚铜和氧化亚铜中的一种或多种。

11.一种用电装置，其特征在于，包括权利要求1～10任一项所述的钙钛矿太阳能电池。

技术总结本申请涉及一种钙钛矿太阳能电池，其中电子传输层的材料包含具有如下式I所示结构的聚合物。本申请提供的电子传输材料，是基于双噻吩酰亚胺(BTI)为结构单元的双受体聚合物材料，以双噻吩酰亚胺作为其中一个受体结构单元，配合其他受体单元和桥连基团对材料的分子结构进行调控，具有良好的电子传输特性，能够有效提升钙钛矿太阳能电池的效率。技术研发人员：史若璇,刘霄,黄志涵,梁伟风,涂保,陈长松,郭永胜受保护的技术使用者：宁德时代新能源科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/10