[發明專利]羥基功能化的咪唑鹽及其制備方法和在鈣鈦礦太陽電池中的應用

在審

• 申請號: 202010153204.4
• 申請日: 2020-03-06
• 公開（公告）號: CN111454211A
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 王忠勝;程浩亮
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: C07D233/60
• 分類號: C07D233/60;H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于太陽電池技術領域，具體為一種羥基功能化的咪唑鹽及其制備方法和在鈣鈦礦太陽電池中的應用。本發明的羥基功能化的咪唑鹽，以末端為羥基，咪唑為核心，咪唑N原子上取代芳環，陰離子為鹵素或者類鹵素；將羥基功能化的咪唑鹽自組裝到FTO導電基底的表面，將經過離子導體修飾的FTO作為導電基底用于鈣鈦礦太陽電池中，可獲得優異的光伏性能。該FTO具有以下優勢：在羥基功能化的咪唑鹽中，末端的羥基可以通過化學鍵結合的方式錨固在FTO表面，使離子導體牢固地組裝在FTO表面；可以調節FTO的功函，調變開路光電壓；能夠提高電荷的抽取能力和電子壽命。羥基功能化的咪唑鹽結構簡單，制備方便，穩定性高，是一種有潛力的界面修飾材料。

技術領域

本發明屬于太陽電池技術領域，具體涉及一種羥基功能化的咪唑鹽及其制備方法和在鈣鈦礦太陽電池中的應用。

背景技術

作為一種新型的光伏器件，鈣鈦礦太陽電池 (Perovskite solar cells) 引起了學術界和工業界的廣泛關注。鈣鈦礦吸光層具有摩爾消光系數高、吸光范圍寬、載流子擴散長度長等優勢。在最近十年中，其能量轉化效率從最初的3.8%快速提高到24.2%。鈣鈦礦太陽電池有正向和反向結構兩種類型。在正向結構中，通常采取無機氧化物TiO₂作為電子傳輸層，但由于介孔TiO₂需要450^oC的高溫退火處理來提高其結晶性，這限制了其在柔性基底上的應用并且增加了能量的損耗和器件制作的復雜性。為了簡化電池的結構，降低電池的成本，無電子傳輸層的器件結構逐漸被報道，但是無電子傳輸層的器件存在著嚴重的電子回傳和復合，另外導電玻璃（FTO）的功函與鈣鈦礦的導帶能級不太匹配，嚴重影響了無電子傳輸層鈣鈦礦太陽電池器件的光電性能。

針對以上基于無電子傳輸層鈣鈦礦太陽電池器件存在的問題，本發明將羥基功能化的咪唑鹽自組裝到FTO導電基底的表面，將經過離子導體修飾后的FTO作為導電基底應用到鈣鈦礦太陽電池中，無需電子傳輸材料，可以獲得優異的光伏性能。基于離子導體修飾后的FTO具有以下優勢：（1）在羥基功能化的咪唑鹽中，末端的羥基可以通過化學鍵結合的方式錨固在FTO表面，使離子導體牢固地組裝在FTO表面；（2）可以調節FTO的功函，從而調變開路光電壓；（3）能夠提高電荷的抽取能力和電子壽命。本發明的羥基功能化的咪唑鹽結構簡單，容易制備，穩定性高，是一種有潛力的界面修飾材料。

發明內容

本發明的目的在于提供一種羥基功能化的咪唑鹽及其制備方法，并應用于鈣鈦礦太陽電池中。

本發明提供的羥基功能化的咪唑鹽，以末端為羥基，咪唑為核心，咪唑N原子上取代芳環，陰離子為鹵素或者類鹵素，具體結構式為：

其中：R為R1、R2、R3 或R4所示結構的化合物；X為Cl、 Br、I、SCN、BF₄、PF₆ 或TFSI； n =2~8。

本發明中，典型的咪唑鹽離子導體如下：

R = R3，X = I，n = 2，咪唑鹽記為IC-1；

R = R2，X = I，n = 2，咪唑鹽記為IC-2；

R = R1，X = BF₄，n = 4，咪唑鹽記為IC-3；

R = R4，X = PF₆，n = 3，咪唑鹽記為IC-4；

R = R2，X = TFSI，n = 5，咪唑鹽記為IC-5；

R = R3，X= SCN，n = 6，咪唑鹽記為IC-6；

R = R3，X = Cl，n = 7，咪唑鹽記為IC-7；