[發明專利]基于HOEtMIM[Cl]的無電子傳輸層鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法

在審

• 申請號: 202310557065.5
• 申請日: 2023-05-17
• 公開（公告）號: CN116568053A
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 黃帥;關寶璐
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H10K30/82
• 分類號: H10K30/82;H10K85/50;H10K71/00;H10K71/60;H10K30/80
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 程琛

本發明涉及鈣鈦礦光伏器件技術領域，具體為一種基于HOEtMIM[Cl]的無電子傳輸層鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法，包括依次貼合設置的透明導電基底、鈣鈦礦層、空穴傳輸層以及金屬電極；其中，所述透明導電基底與所述鈣鈦礦層相鄰的一側經1?羥乙基?3?甲基咪唑氯鹽修飾。本發明利用HOEtMIM[Cl]對剛性或柔性導電基底進行改性，調控透明導電基底和鈣鈦礦界面能級結構，改善電子提取和收集，降低載流子復合；同時鈍化埋底界面缺陷，提高鈣鈦礦薄膜的結晶度，進而改善無電子傳輸層鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率和長期穩定性。本發明器件結構簡單，成本低，易于低溫制備，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及鈣鈦礦光伏器件技術領域，尤其涉及一種基于HOEtMIM[Cl]的無電子傳輸層鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。

背景技術

鈣鈦礦太陽能電池由于具有高效率、低成本和易于大面積制備等特點，正在逐步走向產業化。為了進一步促進這一新興技術的商業化，在保持高效率的同時簡化器件結構和降低生產成本將使器件更具競爭力，也是目前急切需要的。其中，無電子傳輸層鈣鈦礦太陽能電池具有很多優勢，例如，簡化的器件結構、低成本、低溫處理以及易于在柔性襯底上制備等，因此近年來受到越來越多的關注，器件性能也不斷提升，但是其光電轉換效率仍遠遠落后于常規具有ETL的器件性能，只有少數無電子傳輸層剛性鈣鈦礦太陽能電池實現了20％以上的效率。

目前限制無電子傳輸層剛性和柔性鈣鈦礦太陽能電池效率提升的關鍵因素之一是陰極/鈣鈦礦界面復合損失嚴重以及從鈣鈦礦層到導電基底的電子收集效率較低。解決上述問題的關鍵在于如何解決導電基底/鈣鈦礦界面能級結構失配以及埋底界面缺陷密度較高的問題。專利CN111162140A公開了一種離子液體界面修飾CsPbBr₃鈣鈦礦太陽能電池制備方法和應用，是先在FTO上旋涂電子傳輸層，然后旋涂溴化鉛溶液，再重復多次旋涂溴化銫溶液，制得均勻致密無孔洞、高結晶性的無機鈣鈦礦薄膜，隨后在其表面旋涂咪唑鹵素鹽離子液體溶液，最后刮涂碳漿料背電極，組裝成基于離子液體修飾的CsPbBr₃無機鈣鈦礦太陽能電池。利用用咪唑鹵素鹽特殊的基團和電子結構鈍化鈣鈦礦層與碳電極的界面缺陷，提高光電轉換效率。但該咪唑鹵素鹽離子液體是涂覆在鈣鈦礦層表面，鈍化的是鈣鈦礦層與碳電極接觸界面的缺陷，且為了增加鈣鈦礦層疏水性選擇長烷基鏈咪唑鹵素鹽。

因此，有必要設計一種基于HOEtMIM[Cl]的無電子傳輸層鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法，以解決電子收集效率低以及界面復合損失嚴重問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于HOEtMIM[Cl]的無電子傳輸層鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法，該太陽能電池可以有效提升電子收集效率，降低載流子復合的幾率，進而改善無電子傳輸層鈣鈦礦太陽能電池的能量轉換效率。

為實現上述目的，本發明提供一種基于HOEtMIM[Cl]的無電子傳輸層鈣鈦礦太陽能電池，包括依次貼合設置的透明導電基底、鈣鈦礦層、空穴傳輸層以及金屬電極；其中，所述透明導電基底與所述鈣鈦礦層相鄰的一側經1-羥乙基-3-甲基咪唑氯鹽修飾。

本發明采用1-羥乙基-3-甲基咪唑氯鹽對導電基底進行表面改性處理，HOEtMIM[Cl]中的正電荷離子與FTO襯底表面的氧懸空鍵結合，從而在FTO與鈣鈦礦界面形成電偶極子，調控導電基底和鈣鈦礦界面處能級結構，極大改善電子提取和收集，減少載流子非輻射復合損失，保證了良好的界面性能，從而提高無電子傳輸層鈣鈦礦太陽能電池的能量轉換效率。