共轭有机离子盐和制备方法及在钙钛矿太阳能电池的应用技术

本发明专利技术公开一种共轭有机离子盐。本发明专利技术还公开了其制备方法以及在钙钛矿太阳能电池的应用。本发明专利技术提供的共轭有机离子盐包括两部分，即配体主体和离子基团，其使得该具备两亲性；其作为钙钛矿太阳能电池中制备阳极修饰层的材料时，可以改变钙钛矿前驱体溶液的浸润性，促进钙钛矿的结晶，提高薄膜质量；钝化钙钛矿层的缺陷，降低钙钛矿层的非辐射复合；微调钙钛矿层的组分，提高钙钛矿太阳能电池器件的效率和稳定性。效率和稳定性。效率和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
共轭有机离子盐和制备方法及在钙钛矿太阳能电池的应用


[0001]本专利技术涉及太阳能电池领域，具体涉及共轭有机离子盐和制备方法及在钙钛矿太阳能电池的应用。

技术介绍

[0002]金属卤化物钙钛矿太阳能电池作为一种新型的绿色能源发电技术，由于其优异的光电性能和简便的溶液加工方式而引起了广泛的关注。通过调控钙钛矿组分的碘/溴比例，可以实现混合金属卤化物钙钛矿的光学带隙的精确调控，证明了卤化物钙钛矿技术商业化的巨大潜力，可实现串联光伏，室内光伏等应用。
[0003]由于钙钛矿太阳能电池的多层溶液加工技术，实现温和的层与层之间的相容性与良好的浸润性是获得高质量钙钛矿薄膜的关键问题之一。钙钛矿在基底上生长的方式属于原位生长，因此，钙钛矿层溶液与下层的传输层需要有适当的相容性和浸润性，更有利于实现高效稳定的钙钛矿太阳能电池。
[0004]传输层与钙钛矿层连接处的表面缺陷以及钙钛矿膜的晶界缺陷是影响钙钛矿器件效率和稳定性的重要因素。缺陷的产生会引起非辐射复合，降低效率；另外，缺陷处容易遭受水、氧、热等的外部因素入侵，容易造成钙钛矿的分解。比如，钙钛矿层中未配位的铅离子严重影响了器件的效率和稳定性；因此，选择一些能与金属阳离子配位的有机分子，通过配位键对表面和晶界上的缺陷位点进行钝化，为解决上述技术问题提供了研究方法。另外一种实现高效稳定的钙钛矿太阳能电池的方法为组分工程，即通过细微地调节钙钛矿的组分，提高钙钛矿的容忍度，实现高效高稳定性的钙钛矿太阳能电池。很多研究采取引入功能性有机/无机材料来改变界面浸润性、钝化钙钛矿及调控钙钛矿组分的方法来实现高效、稳定的钙钛矿太阳能电池。然而，目前大多数使用的这类材料仅具有上述的一种功能，需要多种材料配合使用才能实现高效稳定的器件，复杂不便捷。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术要解决的技术问题在于现有钙钛矿太阳能电池中需要多种材料配合才能实现改变界面浸润性、钝化钙钛矿及调控钙钛矿组分，从而提供一种共轭有机离子盐和制备方法及在钙钛矿太阳能电池的应用。
[0006]为此，本专利技术采用如下技术方案：一种共轭有机离子盐，其结构式如下：；式中，X为氮或磷中的一种，Y为氧或硫中的一种，Z为氢、锂、钠、钾、铷、铯或铵根离子中的一种。
[0007]进一步地，所述X为氮，所述Y为氧。
[0008]优选地， Z为锂、钾或铯中的一种，所述共轭有机离子盐的结构式为：
；或，；或，。
[0009]本专利技术还提供上述共轭有机离子盐的制备方法，包括如下步骤：S1：将结构为的化合物与碱性无机盐、有机溶剂混合后进行反应，将反应后的产物滴入二氯甲烷中，过滤后取沉淀，得到粗产物；S2：将粗产物溶解后通过碱性氧化铝层析柱，得到所述共轭有机离子盐。
[0010]进一步地，步骤S1中，所述化合物和碱性无机盐的摩尔比为1:1
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6；混合环境为室温氮气氛围，混合时间为30
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90min；反应环境为氮气氛围，温度为50
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65℃，反应时间为5
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8h。
[0011]步骤S2中，碱性氧化铝层析柱的洗脱液为甲醇。
[0012]优选地，步骤S1中，所述碱性无机盐包括碳酸盐、硅酸盐、亚硫酸盐、乙酸盐、碳酸氢盐、磷酸盐、次氯酸盐和硫化盐中的一种；所述有机溶剂包括N,N
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二甲基甲酰胺、N,N
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二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、甲酰胺、甲醇、乙醇、四氢呋喃和乙腈中的一种。
[0013]本专利技术还提供上述共轭有机离子盐的应用，应用于制备钙钛矿太阳能电池。
[0014]本专利技术还提供一种钙钛矿太阳能电池，包括依次排列的阳极层、阳极传输层、阳极修饰层、钙钛矿层、阴极传输层和金属电极，所述阳极修饰层为共轭有机离子盐。
[0015]本专利技术还提供上述钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：对ITO玻璃基板清理清洗；将PTAA的甲苯溶液旋涂制备在ITO玻璃基板，退火得到阳极传输层；将共轭有机离子盐的甲醇溶液旋涂在阳极传输层上，得到阳极修饰层；通过一步沉积法在衬底上沉积钙钛矿薄膜；钙钛矿薄膜采用真空蒸镀的方法沉积阴极传输层；最后，采用热蒸发法制备了Ag电极，得到钙钛矿太阳能电池。
[0016]本专利技术技术方案，具有如下优点：（1）本专利技术提供的共轭有机离子盐包括两部分，即配体主体和离子基团，其使得该具备两亲性，这其中，配位主体菲罗啉具有平面刚性结构和较强的共轭体系，而且其芳香环上N原子具有良好的电子传递性能；另外，菲啰啉属于双齿配体，在其1，10位的两个N能够和金属螯合，形成稳定的金属配合物；同时其结构易于修饰，从而制备成菲啰啉衍生物，其与不同金属鳌合形成的配合物性质稳定且性质各异。即菲啰啉具有导电性强，与金属配位能力优异，合成简单以及产物稳定的特性。而限定的离子基团中，采用锂、钾和铯，这三种金属属于碱金属阳离子，除了可以调整钙钛矿的组分以及降低钙钛矿中缺陷，还能够降低钙钛矿体系中电子
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声子耦合程度，从而抑制卤素分离，增强钙钛矿太阳电池的光稳定性。因此，此三种碱金属阳离子的加入可以微调钙钛矿组分，降低钙钛矿层缺陷和提高器件稳定性的
特点。
[0017]（2）本申请提供的共轭有机离子盐作为钙钛矿太阳能电池中制备阳极修饰层的材料，可以改变钙钛矿前驱体溶液在空穴传输层（比如PTAA）上的浸润性，促进钙钛矿的结晶，提高薄膜质量；菲啰啉上的两个氮原子可以与未配位的铅进行配位，从而钝化钙钛矿层的缺陷，降低钙钛矿层的非辐射复合；另外，材料中的阳离子可以微调钙钛矿层的组分，提高钙钛矿太阳能电池器件的效率和稳定性。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1为本专利技术实施例1中得到的共轭有机离子盐的氢谱；图2为本专利技术实施例1中得到的共轭有机离子盐的碳谱；图3为本专利技术实施例2中得到的共轭有机离子盐的氢谱；图4为本专利技术实施例2中得到的共轭有机离子盐的碳谱；图5为本专利技术实施例3中得到的共轭有机离子盐的氢谱；图6为本专利技术实施例3中得到的共轭有机离子盐的碳谱；图7为本专利技术实施例中钙钛矿太阳能电池的器件结构示意图；图8为向本专利技术实施例1
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3中涂覆了阳极修饰层的阳极传输层上和对比例1中的阳极传输层上滴下钙钛矿原液的照片；图9为本专利技术实施例1
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3和对比例1中在制备钙钛矿太阳能电池的过程中得到钙钛矿薄膜的照片；图10为实施例1得到的钙钛矿太阳能电池在经过强度为100毫瓦每平方厘米的光照下的电流密度与电压(J
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V)曲线；图11为实施例2得到的钙钛矿太阳能电池在经过强度为100毫瓦每平方厘米的光照下的电流密度与电压(J
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V)曲线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种共轭有机离子盐，其特征在于，其结构式如下：；式中，X为氮或磷中的一种，Y为氧或硫中的一种，Z为氢、锂、钠、钾、铷、铯或铵根离子中的一种。2.根据权利要求1所述的共轭有机离子盐，其特征在于，所述X为氮，所述Y为氧。3.根据权利要求2所述的共轭有机离子盐，其特征在于，Z为锂、钾或铯中的一种，所述共轭有机离子盐的结构式为：；或，；或，。4.权利要求1
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3任一项所述的共轭有机离子盐的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将结构为的化合物与碱性无机盐、有机溶剂混合后进行反应，将反应后的产物滴入二氯甲烷中，过滤后取沉淀，得到粗产物；S2：将粗产物溶解后通过碱性氧化铝层析柱，得到所述共轭有机离子盐。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述化合物和碱性无机盐的摩尔比为1:1
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6；混合环境为室温氮气氛围，混合时间为30
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90min；反应环境为氮气氛围，温度为50
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65℃，反应时间为5
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8h。6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，碱性氧化铝层析柱的洗脱液为甲醇。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述碱性无机盐包括碳酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨静，代慧涛，刘冬雪，马宗文，谭占鳌，孙天歌，董一昕，尚子雅，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：