一种电子传输层材料及钙钛矿太阳电池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光电器件技术领域，设及一种电子传输层材料及利用该材料制备的巧 铁矿太阳电池。
【背景技术】
[0002] 随着人口的快速增长和工业化程度的不断发展，环境污染和能源危机等问题变得 越来越严重，研发利用W太阳能为代表的可再生能源成为当务之急。发展趋于成熟的无机 娃、神化嫁、蹄化簡等基于无机材料的太阳电池已经在市场上占据主导地位，然而由于其加 工过程中面临重金属污染和稀有元素等问题，且价格昂贵，不易大面积生产及制造柔性器 件，在追求低成本和绿色环保的现代工业中，其大规模应用受到了限制。近年来，人们一直 努力探索诸如染料敏化太阳电池、量子点太阳电池和有机太阳电池等更低成本、更高效率 的新型太阳电池技术，并在该几方面取得不错的进展，部分已进入产业化阶段。然而染料敏 化太阳电池制备过程中需要高温处理氧化铁，且有封装等问题，制备工艺较为复杂。有机太 阳电池材料生产成本高，目前来说转换效率相对较低，难W工业化批量生产。
[0003] 基于溶液加工的有机-无机杂化巧铁矿类太阳电池最近在国际上倍受关注，该类 巧铁矿材料具备吸收强，迁移率高，载流子寿命长，可调控带隙W及可采用多种方式加工等 优点。2009年，TsutomuMiyasaka研究组首次将巧铁矿结构的有机-无机杂化材料作为光 活性层制备染料敏化太阳电池。其效率达到了 3. 81% (J.Am.化em.Soc. 2009, 131，6050)。 在短短几年内，实验室小面积器件的功率转换效率已经从3. 81 %提高到20 %，成为最有潜 力的太阳电池技术。
[0004] 在之前报道的巧铁矿太阳电池的电子传输层材料中，主要采用的氧化铁及富勒締 衍生物PCBM等，但氧化铁材料多数需要高温加工，而富勒締衍生物合成工艺复杂，提纯困 难，均不适合工业化大规模生产。
【发明内容】
[0005] 本发明的首要目的在于提供一种电子传输层材料，及利用该材料制备的巧铁矿太 阳电池。通过新的电子传输层取代PCBM或者Ti〇2等，极大的提高了太阳电池的开路电压 及器件性能。
[0006] 本发明的目的通过下述方案实现：
[0007] 一种巧铁矿太阳电池，包括阳极、空穴传输层、光活性层、电子传输层和阴极，如图 8所示，所述的光活性层的材料为可溶液加工的具有巧铁矿结构的有机-无机杂化电池材 料，所述电子传输层具有如下结构：
[000引
【主权项】
1. 一种电子传输层材料，其特征在于，该材料具有如下结构：
其中，n为！~10000的自然数，B为强极性基团，A1和A2为相同或者不同的芳环衍生 物或者含有碳碳双键、碳氮键的共辆单元，M为A2与B之间的连接单元，M为具有1~20个 碳原子的烷基，或烷基上一个或多个碳原子被氧原子、締基、诀基、芳基或醋基中的一种W 上官能团取代，氨原子被氣原子、氯原子、漠原子、舰原子或上述官能团取代。
2. 根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述强极性基团为胺基、季锭盐基团、磯 酸根、磯酸醋基、横酸根、駿基和哲基中的一种或两种W上。
3. 根据权利要求1或2所述的材料，其特征在于，所述A1及A2为如下所示结构的一种 或两种W上：
其中n为！~10000的自然数，R为具有1~20个碳原子的烷基，或烷基上一个或多 个碳原子被氧原子、締基、诀基、芳基或醋基中的一种W上官能团取代，氨原子被氣原子、氯 原子、漠原子、舰原子或上述官能团取代。
4. 一种巧铁矿太阳电池，包括阳极、空穴传输层、光活性层、电子传输层和阴极，其特 征在于，所述的光活性层的材料为可溶液加工的具有巧铁矿结构的有机-无机杂化电池材 料，所述电子传输层采用权利要求1~3任一项所述的材料。
5. 根据权利要求4所述的电池，其特征在于，所述的光活性层为化合物I和化合物II 摩尔比为1:1~10:1的共混物，化合物I为含面素的有机盐或无机盐，化合物II为含面素 的金属无机盐。
6. 根据权利要求5所述的电池，其特征在于，所述化合物I为W下化合物中的至少 一种；CH3NH3I、C&N&Br、CH3NH3CI、CH3CH2NH3I、C&C&N&Br、CH3CH2NH3CI、CH3CH2CH2NH3I、 CHsCHaCHaNHsBr、CH3CH2CH2NH3CI、Csl、CsBr、CsCl、CH(NH2)2l、CH(NH2)2Br、CH(NH2)2C1、 CH3CH(畑2)2I、CH3CH(畑2)sBr、CH3CH(畑2)2CI。
7. 根据权利要求5或6所述的电池，其特征在于，所述的化合物II为W下化合物中的至 少一种；Pblg、化化2、F*bCl2、Snis、SnE5r2、SnClg、Gelg、GeE5r2、GeClg。
8. 根据权利要求4或5或6所述的电池，其特征在于，所述阴极的材料为侣、银、金、巧 /侣合金或巧/银合金；所述空穴传输层为有机共辆聚合物或无机半导体。
9. 根据权利要求8所述的电池，其特征在于，所述空穴传输层为添加纳米颗粒改善光 吸收后的复合界面层。
10. 根据权利要求4或5或6所述的电池，其特征在于，所述阳极为金属、金属氧化物和 石墨締及其衍生物中的至少一种。
【专利摘要】本发明属于光电器件技术领域，公开了一种电子传输层材料及钙钛矿太阳电池，所述钙钛矿太阳电池，包括阳极、空穴传输层、光活性层、电子传输层和阴极，所述的光活性层的材料为可溶液加工的具有钙钛矿结构的有机-无机杂化电池材料，所述电子传输层的材料具有如下结构；本发明将含强极性基团的共轭聚合物应用于钙钛矿太阳电池的电子传输层材料中，取代PCBM或者TiO2等，可以降低器件制作成本；且含的强极性基团侧链的聚合物起到明显的阴极界面修饰作用，提高载流子传输能力，获得了较好的器件性能。
【IPC分类】H01L51-42, H01L51-46, C08G61-12
【公开号】CN104788649
【申请号】CN201510100372
【发明人】黄飞, 孙辰, 吴志鸿, 叶轩立, 曹镛
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年3月6日