氨基酸离子液体在制备钙钛矿光电器件中钙钛矿层的应用制造技术

本发明专利技术公开了氨基酸离子液体在制备钙钛矿光电器件中钙钛矿层的应用，所述氨基酸离子液体为氨基酸盐离子液体或氨基酸酯离子液体，所述氨基酸盐离子液体的通式为[A]

Application of amino acid ionic liquid in the preparation of calcium titanium layer in perovskite optoelectronic devices

【技术实现步骤摘要】
氨基酸离子液体在制备钙钛矿光电器件中钙钛矿层的应用
本专利技术涉及氨基酸离子液体，尤其是涉及氨基酸离子液体在制备钙钛矿光电器件中钙钛矿层的应用。
技术介绍
太阳能技术是解决世界能源危机的有效手段，而高效率、低成本的太阳能电池是光伏系统的基础。作为第三代太阳能电池，自2009年问世以来，钙钛矿太阳能电池以其高吸光系数、高载流子迁移率、长载流子传输距离、成本低廉、可溶液加工等优点，受到科研人员广泛关注。短短几年发展，钙钛矿太阳能电池的光电转化效率从3.8％突破到22.7％。对于钙钛矿太阳能电池来说，如何提高其光电转化效率以及稳定性是现阶段研究的主要问题。钙钛矿晶体的生长是一个复杂的相变过程，反应体系中不同的溶液、温度、溶剂、添加剂等因素，都会造成最终晶体形貌、结构的不同。在平面异质结钙钛矿太阳能电池中，太阳能电池结构受界面效应及钙钛矿结晶时表面张力的影响，会造成钙钛矿薄膜结晶速度过快、成膜性差，使钙钛矿层的孔洞变多、表面粗糙度变大。后续沉积的空穴传输层或者电子传输层则会通过孔洞直接与致密层接触，使电池漏电流增大。而发生晶格畸变的钙钛矿晶体，也会对钙钛矿薄膜本身的带隙、载流子迁移率、界面载流子注入等参数带来巨大的影响。这些因素会导致平面异质结钙钛矿太阳能电池器件的性能大大降低，极大的限制了钙钛矿太阳能电池技术的发展。因此，制备高质量、低缺陷态的钙钛矿晶体薄膜，进而提高电池的光电转化效率、稳定性、重复性是该领域需要解决的关键问题之一。目前，研究人员采用多种手段调控钙钛矿层的质量，譬如2015年，黄劲松等人利用强配位溶剂DMSO添加到常用的DMF溶剂中，通过抑制碘化铅快速结晶实现晶体生长及晶体形貌的控制。2012年，Snaith等人通过在前驱体溶液中引入含氯化合物进而改变了碘化铅甲胺的结晶程度，降低了钙钛矿薄膜的缺陷，提高了载流子扩散长度。离子液体是指全部由离子组成的液体，一般是由特定体积的相对较大的结构不对称的有机阳离子和体积较小的阴离子组成的。离子液体种类众多，理论上任意给定的有机阳离子和阴离子都可以组合成离子液体，通过改变有机阳离子和阴离子的种类即能够得到不同种类的离子液体。氨基酸离子液体属于离子液体的一种，天然氨基酸及其衍生物既可以充当离子液体的阴离子也可以充当阳离子，如甘氨酸硝酸盐(GlyNO3)、1-乙基-3甲基-咪唑甘氨酸盐(EMIGly)等。类似于常规离子液体，氨基酸离子液体具有高热稳定，此外氨基酸离子液体还具有其独特的性质如具有较强的氢键网络结构，能够溶解DNA等。目前，基于氨基酸离子液体的性能研究主要集中在其手性催化方面，至今未发现关于其对于钙钛矿层形貌调控方面的研究。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种氨基酸离子液体在制备钙钛矿光电器件中钙钛矿层的应用，研究发现氨基酸类离子液体具有调控钙钛矿层形貌的作用，利于提高钙钛矿光电器件的性能。本专利技术所采取的技术方案是：本专利技术的第一方面，提供一种氨基酸离子液体在制备钙钛矿光电器件中钙钛矿层的应用，所述氨基酸离子液体为氨基酸盐离子液体或氨基酸酯离子液体，所述氨基酸盐离子液体的通式为[A]n+[X-]n，所述氨基酸酯离子液体的通式为[HA1COOR]+X-，其中A为氨基酸，A1为A分子中羧基以外的部分，n的取值范围为1至4，X-表示阴离子，R为1～3个碳原子的烷基。根据本专利技术的一些实施例，所述氨基酸选自甘氨酸、D-甲硫氨酸、L-甲硫氨酸、DL-甲硫氨酸、D-丙氨酸、L-丙氨酸、DL-丙氨酸、D-缬氨酸、L-缬氨酸、DL-缬氨酸、D-亮氨酸、L-亮氨酸、DL-亮氨酸、D-异亮氨酸、L-异亮氨酸、DL-异亮氨酸、D-苯丙氨酸、L-苯丙氨酸、DL-苯丙氨酸、D-半胱氨酸、L-半胱氨酸、DL-半胱氨酸、D-胱氨酸、L-胱氨酸、DL-胱氨酸、D-苏氨酸、L-苏氨酸、DL-苏氨酸、D-谷氨酸、L-谷氨酸、DL-谷氨酸、D-谷酰胺、L-谷酰胺、DL-谷酰胺、D-天冬氨酸、L-天冬氨酸、DL-天冬氨酸、D-天冬酰胺、L-天冬酰胺、DL-天冬酰胺、D-蛋氨酸、L-蛋氨酸、DL-蛋氨酸、D-丝氨酸、L-丝氨酸、DL-丝氨酸、D-脯氨酸、L-脯氨酸、DL-脯氨酸、D-酪氨酸、L-酪氨酸、DL-酪氨酸、D-色氨酸、L-色氨酸、DL-色氨酸、D-赖氨酸、L-赖氨酸、DL-赖氨酸、D-精氨酸、L-精氨酸、DL-精氨酸、D-组氨酸、L-组氨酸、DL-组氨酸、D-鸟氨酸、L-鸟氨酸、DL-鸟氨酸、β-丙氨酸、2-氨基丁酸、3-氨基丁酸、4-氨基丁酸、2-氨基异丁酸、3-氨基异丁酸、2-氨基戊酸，2-氨基己酸、6-氨基己酸、o-氨基苯丙酸、p-氨基苯丙酸、m-氨基苯丙酸。根据本专利技术的一些实施例，X-选自Cl-(氯离子)、Br-(溴离子)、I-(碘离子)、NO3-(硝酸根)、ClO4-(高氯酸酸根)、CF3CO2-(三氟乙酸根)、CH3CO2-(乙酸根)、NTf2-(双三氟甲磺酰亚胺根)、PF6-(六氟磷酸根)、BF4-(四氟硼酸根)、CF3SO3-(三氟甲磺酸根)中的任一种。根据本专利技术的一些实施例，所述钙钛矿光电器件为钙钛矿太阳能电池。本专利技术的第二方面，提供一种用于制备钙钛矿层的反溶剂，包括上述的应用中所述的氨基酸离子液体。根据本专利技术的一些实施例，还包括氯化苯。根据本专利技术的一些实施例，所述反溶剂中所述氨基酸离子液体的质量分数为0.01～2wt％。本专利技术的第三方面，提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括利用反溶剂法制备钙钛矿层的步骤，其中使用的反溶剂为上述的用于制备钙钛矿层的反溶剂。根据本专利技术的一些实施例，利用反溶剂法制备钙钛矿层的步骤具体为：取钙钛矿前驱体溶液涂覆在基体上，在涂覆的过程中滴加所述反溶剂，然后在80～100℃退火处理制得钙钛矿层。本专利技术的第四方面，提供一种钙钛矿太阳能电池，根据上述的钙钛矿太阳能电池的制备方法制得。本专利技术实施例的有益效果是：本专利技术实施例研究发现利用氨基酸离子液体能够有效降低钙钛矿的结晶速率，形成结晶度更大、粗糙度更低的钙钛矿层，从而降低了钙钛矿层的缺陷，改变了钙钛矿活性层的带隙，进而有效地减少钙钛矿太阳能光电器件的漏电流现象，本专利技术实施例利用氨基酸离子液体能够调控钙钛矿层的表面形貌，进而提高形成的钙钛矿光电器件的性能，在钙钛矿光电器件领域具有重大的应用价值。附图说明图1为实施例1中制得的钙钛矿层和对比例1中的钙钛矿层的表面形貌图；图2为实施例1中制得的太阳能电池和对比例1中制得的太阳能电池的性能曲线。具体实施方式以下将结合实施例对本专利技术的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本专利技术的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本专利技术的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本专利技术保护的范围。实施例1本实施例选用D-苯丙氨酸甲酯六氟磷酸盐离子液体为对象，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氨基酸离子液体在制备钙钛矿光电器件中钙钛矿层的应用，所述氨基酸离子液体为氨基酸盐离子液体或氨基酸酯离子液体，所述氨基酸盐离子液体的通式为[A]

【技术特征摘要】
1.一种氨基酸离子液体在制备钙钛矿光电器件中钙钛矿层的应用，所述氨基酸离子液体为氨基酸盐离子液体或氨基酸酯离子液体，所述氨基酸盐离子液体的通式为[A]n+[X-]n，所述氨基酸酯离子液体的通式为[HA1COOR]+X-，其中A为氨基酸，A1为A分子中羧基以外的部分，n的取值范围为1至4，X-表示阴离子，R为1～3个碳原子的烷基。


2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述氨基酸选自甘氨酸、D-甲硫氨酸、L-甲硫氨酸、DL-甲硫氨酸、D-丙氨酸、L-丙氨酸、DL-丙氨酸、D-缬氨酸、L-缬氨酸、DL-缬氨酸、D-亮氨酸、L-亮氨酸、DL-亮氨酸、D-异亮氨酸、L-异亮氨酸、DL-异亮氨酸、D-苯丙氨酸、L-苯丙氨酸、DL-苯丙氨酸、D-半胱氨酸、L-半胱氨酸、DL-半胱氨酸、D-胱氨酸、L-胱氨酸、DL-胱氨酸、D-苏氨酸、L-苏氨酸、DL-苏氨酸、D-谷氨酸、L-谷氨酸、DL-谷氨酸、D-谷酰胺、L-谷酰胺、DL-谷酰胺、D-天冬氨酸、L-天冬氨酸、DL-天冬氨酸、D-天冬酰胺、L-天冬酰胺、DL-天冬酰胺、D-蛋氨酸、L-蛋氨酸、DL-蛋氨酸、D-丝氨酸、L-丝氨酸、DL-丝氨酸、D-脯氨酸、L-脯氨酸、DL-脯氨酸、D-酪氨酸、L-酪氨酸、DL-酪氨酸、D-色氨酸、L-色氨酸、DL-色氨酸、D-赖氨酸、L-赖氨酸、DL-赖氨酸、D-精氨酸、L-精氨酸、DL-精氨酸、D-组氨酸、L-组氨酸、DL-组氨酸、D-鸟氨酸、L-鸟氨酸、DL-鸟氨酸、β-丙氨酸、2-氨基丁酸、3-氨基丁酸、4-氨基丁酸、2...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶国华，张磊，张国浩，何玲，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44