[发明专利]基于离子液体界面修饰的钙钛矿太阳能电池

说明书

本发明为基于离子液体界面修饰的钙钛矿太阳能电池。该太阳能电池在透明导电基底、电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层和对电极组成的基础上，通过增加一层或两层离子液体修饰层来提升钙钛矿的整体性能；通过增加的界面修饰层，有效的减少了现有技术中存在的钙钛矿太阳能电池界面处缺陷过多的问题；离子液体修饰层材料选择非氯铝酸型的离子液体。本发明解决了界面缺陷态浓度高、能级匹配差的技术问题，制备方式简单，操作性强。能够有效的提高钙钛矿太阳能电池的效率以及稳定性，且适用于产业化的生产。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池制备技术领域，尤其是涉及一种基于离子液体修饰的的钙钛矿太阳能电池。

背景技术

随着社会的不断进步和经济的快速发展，人们对于能源的需求与日俱增。化石能源作为主要消费的能源类型，属于不可再生能源且储量有限。同时，大量使用化石能源所造成的环境污染，对地球环境与人类生存带来严重危害。人们不断探索新型的清洁可再生能源。其中，太阳能作为一种可再生能源，因储量丰富、不受地域的限制等优势而受到人们的广泛青睐。研制高性能的太阳能电池，充分开发利用太阳能，是新能源技术发展的重要趋势。

近几年，钙钛矿型太阳能电池由于原材料来源广泛、制作工艺简单、光电转化效率高等特点而备受人们的关注。随着生产技术的不断进步，其光电转换效率从2009年初次报道的3.8％提升到2022年的25.7％，已经接近单晶硅的效率，展现出极大的发展前景。但是目前大多数钙钛矿太阳能电池仍然处于实验室研发阶段，主要因为其在效率以及稳定性方面仍有很大的提升空间，如果能够解决稳定性问题，钙钛矿太阳能电池进入商业化大规模生产阶段指日可待。

目前，大部分高效的有机无机卤化物钙钛矿太阳能电池的光吸收层都是多晶钙钛矿薄膜，其中含有的大量缺陷会导致太阳能电池的电荷复合和离子迁移，尤其界面处的缺陷态密度大约高出光吸收层体相的100倍，界面的缺陷态会加剧光生载流子的复合，从而严重影响器件的能量转换效率和稳定性。与此同时，界面能级的匹配程度直接影响载流子的收集效率，从而影响到器件的最终光电转化效率。因此，为了进一步提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率以及稳定性，选择一种合适的材料进行界面缺陷钝化、能级匹配是至关重要的。

在众多的材料当中，盐中的阴离子以及阳离子可以同时钝化带正电荷和负电荷的缺陷，可以作为界面修饰材料。例如CN107946464B中利用一种无机盐钛酸钡来制备薄膜作为电子传输层与钙钛矿活性层的界面修饰层，减少了界面的载流子复合，从而提升了器件的光电转换效率。而与无机盐相比，有机盐在结构和官能团上具有更多的设计可能性，因而具有更大的应用前景。属于有机盐中的离子液体，具有高的离子电导率和优异的化学稳定性，更适用于作为界面修饰剂来钝化缺陷、调节能级。当前的技术中，部分作为修饰所采用的离子液体是氯铝酸型离子液体，但是，氯铝酸型离子液体对水和空气较为敏感，且腐蚀性强，限制了其在钙钛矿太阳能电池中的应用。

发明内容

本发明基于现有的钙钛矿器件因为界面处缺陷态浓度高、能级不匹配而导致的器件性能以及稳定性减低的问题，提供基于离子液体界面修饰的钙钛矿太阳能电池。该太阳能电池在透明导电基底、电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层和对电极组成的基础上，通过增加一层或两层离子液体修饰层来提升钙钛矿的整体性能；通过增加的界面修饰层，有效的减少了现有技术中存在的钙钛矿太阳能电池界面处缺陷过多的问题；离子液体修饰层材料选择非氯铝酸型的离子液体。本发明解决了界面缺陷态浓度高、能级匹配差的技术问题，制备方式简单，操作性强，能够有效的提高钙钛矿太阳能电池的效率以及稳定性，且适用于产业化的生产。

本发明所提供的技术方案具体如下：

基于离子液体界面修饰的钙钛矿太阳能电池，为以下三种之一：

第一种为，从下到上依次包括透明导电基底、电子传输层、离子液体修饰层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层和对电极；

第二种为，从下到上依次包括透明导电基底、电子传输层、钙钛矿光吸收层、离子液体修饰层、空穴传输层、对电极；