一种复合电子传输层、钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及太能电池技术领域，具体公开一种复合电子传输层、钙钛矿太阳能电池及其制备方法。所述复合电子传输层包括离子液体A和离子液体B，其中，所述离子液体A和所述离子液体B的阳离子为式(I)或式(II)所示的化合物，所述离子液体A和所述离子液体B的阴离子为OH

【技术实现步骤摘要】
一种复合电子传输层、钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及太能电池
，尤其涉及一种复合电子传输层、钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]由于化石燃料的无节制消耗，新能源的开发迫在眉睫。太阳能作为一种清洁能源成为研究热点，钙钛矿吸收层材料由于其光吸收范围宽、吸收系数高、双极性传输特性和长的空穴
‑
电子扩散长度等优点，使其成为最具潜力的光伏材料。
[0003]电子传输层作为钙钛矿太阳电池的重要组成部分，在传输电子同时，还要对空穴有一定的阻挡作用。TiO2作为传统的电子传输材料，在制备过程中不仅需要较高的反应温度还需要高温退火，增大了工艺损耗及电池的成本，不利于大规模工业化生产。此外，金属氧化物半导体的电子迁移率为10
‑5～10
‑4cm2·
V
‑1·
s
‑1，低于空穴传输材料的空穴迁移率(10
‑3cm2·
V
‑1·
s
‑1)，导致电子在器件中积累，使器件产生严重的电流密度
‑
电压(J
‑
V)迟滞效应，严重影响了电子的转移过程、器件的效率及稳定性。为了提高钙钛矿太阳能电池的商业化进程，很多研究人员致力于采用低温处理技术替代高温制备方式，但性能都无法与高温制备的电子传输层相比。因此，研究一种高效低迟滞且低成本的电子传输材料，对提高钙钛矿电池器件的效率和经济效益具有重要意义。

技术实现思路

[0004]针对现有电子传输层具有严重的迟滞效应、成本高等问题，本专利技术提供一种复合电子传输层。
[0005]以及，本专利技术还提供上述复合电子传输层的制备方法。
[0006]以及，本专利技术还提供一种钙钛矿太阳能电池。
[0007]为达到上述专利技术目的，本专利技术实施例采用了如下的技术方案：
[0008]一种复合电子传输层，包括离子液体A和离子液体B，其中，所述离子液体A和所述离子液体B的阳离子为式(I)或式(II)所示的化合物，R1和R2为C1～C4的直链或支链烷烃、苯甲基、苯乙基或苯丙基；R1和R2彼此相同或不同；R3为C1～C4的直链烷烃；所述离子液体A和所述离子液体B的阴离子为OH
‑
、Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
、BF4‑
、PF6‑
、TFSI
‑
或CF3SO3‑
，所述离子液体A和离子液体B的阳离子彼此不同，所述离子液体A和离子液体B的阴离子彼此不同；
[0009][0010]相对于现有技术，本申请提供的复合电子传输层具有以下优势：
[0011]本申请选择特定的离子液体复配形成电子传输层，有助于传输电子和阻挡空穴，提高电子迁移率，消除滞后效应，有利于工业化推广和应用。
[0012]可选的，所述离子液体A和离子液体B的摩尔比0.8～1.2:0.8～1.2。
[0013]可选的，所述复合电子传输层还包括溶剂，且所述溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇或水中的至少一种。
[0014]可选的，所述离子液体A在所述溶剂中的浓度为1～20mg/mL。
[0015]可选的，所述离子液体B在所述溶剂中的浓度为1～20mg/mL。
[0016]进一步地，本专利技术还提供上述复合电子传输层的制备方法，至少包括以下步骤：
[0017]步骤一、按照上述的原料配比称取各组分；
[0018]步骤二、将所述离子液体A、离子液体B和溶剂混合均匀，并旋涂于导电基底上，然后于70℃～120℃条件下烧结5min～20min，得复合电子传输层。
[0019]可选的，所述离子液体A和所述离子液体B的阴离子为Cl
‑
、Br
‑
或I
‑
。
[0020]相对于现有技术，本申请提供的制备方法具有以下优势：
[0021]本申请通过采用复合离子液体与溶剂混合均匀后旋涂于导电基底上，低温烧结处理最终得到基于复合固态离子液体的电子传输层，该方法反应温度低且不需要高温退火，反应时间短、成本低、绿色环保，可获得具有高离子迁移率的电子传输材料。
[0022]可选的，所述复合电子传输层的厚度为5nm～15nm。
[0023]可选的，所述旋涂的速率为4000rpm～5000rpm。
[0024]进一步地，本专利技术还提供上述复合电子传输层的制备方法，至少包括以下步骤：
[0025]S1、按照上述的原料配比称取各组分；
[0026]S2、将所述离子液体A溶于40wt％～60wt％的溶剂中，混合均匀，并旋涂于导电基底上，然后于70℃～120℃条件下烧结5min～20min，得单层电子传输层；
[0027]S3、将所述离子液体B溶于剩余的溶剂中，混合均匀，并旋涂于所述单层电子传输层上，然后于70℃～120℃条件下烧结5min～20min，得复合电子传输层。
[0028]相对于现有技术，本申请提供的制备方法具有以下优势：
[0029]本申请通过将离子液体依次旋涂在导电基底上，通过成键以及静电作用形成阳离子在上、阴离子在下的偶极极化层，有助于功函的匹配，提高电子传输效率；此外，离子液体A的阴离子具有与导电基底的锚定作用，离子液体B的阳离子具有与钙钛矿层界面的锚定作用，提高其稳定性；特别的，离子液体B的疏水阴离子与离子液体A的阳离子组合，能形成一层疏水性保护夹层，实现对外界环境的隔离，进而提高其稳定性。
[0030]可选的，所述离子液体A和所述离子液体B的阴离子为OH
‑
、BF4‑
、PF6‑
、TFSI
‑
或CF3SO3‑
。
[0031]优选的阴离子能够与导电基底形成强共价键，并能在钙钛矿层形成疏水保护层，进而提高电子传输层的离子迁移率和稳定性。
[0032]可选的，所述单层电子传输层的厚度为3nm～7nm，所述复合电子传输层的厚度为5nm～15nm。
[0033]可选的，所述旋涂的速率为4000rpm～5000rpm。
[0034]进一步地，本专利技术还提供一种钙钛矿太阳能电池，包括导电基底、复合电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和背电极层；所述复合电子传输层由上述任一项所述的复合
电子传输层的制备方法制备得到。
[0035]本申请制备的电子传输层具有高离子迁移率，将其用于制备钙钛矿电池，稳定性强，几乎消除了滞后，并具有优异的光电转换效率。
[0036]可选的，上述导电基底为柔性导电基底，通过在柔性基板上制备透明导电层，并在背面沉积一层减反层制备得到。可用于本专利技术的柔性基板包括但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜树脂(PES)或聚酰亚胺(PI)等。可用于本专利技术的透明导电层包括但不限于氧化铟锡(ITO)、氧化铟钨、掺铝氧化锌(AZO)、掺硼氧化锌本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合电子传输层，其特征在于：包括离子液体A和离子液体B，其中，所述离子液体A和所述离子液体B的阳离子为式(I)或式(II)所示的化合物，R1和R2为C1～C4的直链或支链烷烃、苯甲基、苯乙基或苯丙基；R1和R2彼此相同或不同；R3为C1～C4的直链烷烃；所述离子液体A和所述离子液体B的阴离子为OH
‑
、Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
、BF4‑
、PF6‑
、TFSI
‑
或CF3SO3‑
，所述离子液体A和离子液体B的阳离子彼此不同，所述离子液体A和离子液体B的阴离子彼此不同；2.如权利要求1所述的复合电子传输层，其特征在于：所述离子液体A和离子液体B的摩尔比0.8～1.2:0.8～1.2。3.如权利要求1所述的复合电子传输层，其特征在于：还包括溶剂，且所述溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇或水中的至少一种。4.如权利要求3所述的复合电子传输层，其特征在于：所述离子液体A在所述溶剂中的浓度为1～20mg/mL；和/或所述离子液体B在所述溶剂中的浓度为1～20mg/mL。5.一种复合电子传输层的制备方法，其特征在于：至少包括以下步骤：步骤一、按照如权利要求1～4任一项所述的原料配比称取各组分；步骤二、将所述离子液体A、离子液体B和溶剂混合均匀，并旋涂于导电基底上，然后于70℃～120℃条件下烧结5min～20min，得复合电子传输层。6.如权利要求5所述的复合电子传输层的制备方法，其特征在于：所述离子液体A和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李征，李跃龙，吴海霞，张方勇，康晁铭，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：