一種電子傳輸層材料及鈣鈦礦太陽(yáng)電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光電器件技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種電子傳輸層材料及利用該材料制備的巧 鐵礦太陽(yáng)電池。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人口的快速增長(zhǎng)和工業(yè)化程度的不斷發(fā)展，環(huán)境污染和能源危機(jī)等問(wèn)題變得 越來(lái)越嚴(yán)重，研發(fā)利用W太陽(yáng)能為代表的可再生能源成為當(dāng)務(wù)之急。發(fā)展趨于成熟的無(wú)機(jī) 娃、神化嫁、蹄化簡(jiǎn)等基于無(wú)機(jī)材料的太陽(yáng)電池已經(jīng)在市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位，然而由于其加 工過(guò)程中面臨重金屬污染和稀有元素等問(wèn)題，且價(jià)格昂貴，不易大面積生產(chǎn)及制造柔性器 件，在追求低成本和綠色環(huán)保的現(xiàn)代工業(yè)中，其大規(guī)模應(yīng)用受到了限制。近年來(lái)，人們一直 努力探索諸如染料敏化太陽(yáng)電池、量子點(diǎn)太陽(yáng)電池和有機(jī)太陽(yáng)電池等更低成本、更高效率 的新型太陽(yáng)電池技術(shù)，并在該幾方面取得不錯(cuò)的進(jìn)展，部分已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。然而染料敏 化太陽(yáng)電池制備過(guò)程中需要高溫處理氧化鐵，且有封裝等問(wèn)題，制備工藝較為復(fù)雜。有機(jī)太 陽(yáng)電池材料生產(chǎn)成本高，目前來(lái)說(shuō)轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較低，難W工業(yè)化批量生產(chǎn)。
[0003] 基于溶液加工的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化巧鐵礦類太陽(yáng)電池最近在國(guó)際上倍受關(guān)注，該類 巧鐵礦材料具備吸收強(qiáng)，遷移率高，載流子壽命長(zhǎng)，可調(diào)控帶隙W及可采用多種方式加工等 優(yōu)點(diǎn)。2009年，TsutomuMiyasaka研究組首次將巧鐵礦結(jié)構(gòu)的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料作為光 活性層制備染料敏化太陽(yáng)電池。其效率達(dá)到了 3. 81% (J.Am.化em.Soc. 2009, 131，6050)。 在短短幾年內(nèi)，實(shí)驗(yàn)室小面積器件的功率轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)從3. 81 %提高到20 %，成為最有潛 力的太陽(yáng)電池技術(shù)。
[0004] 在之前報(bào)道的巧鐵礦太陽(yáng)電池的電子傳輸層材料中，主要采用的氧化鐵及富勒締 衍生物PCBM等，但氧化鐵材料多數(shù)需要高溫加工，而富勒締衍生物合成工藝復(fù)雜，提純困 難，均不適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的首要目的在于提供一種電子傳輸層材料，及利用該材料制備的巧鐵礦太 陽(yáng)電池。通過(guò)新的電子傳輸層取代PCBM或者Ti〇2等，極大的提高了太陽(yáng)電池的開(kāi)路電壓 及器件性能。
[0006] 本發(fā)明的目的通過(guò)下述方案實(shí)現(xiàn)：
[0007] 一種巧鐵礦太陽(yáng)電池，包括陽(yáng)極、空穴傳輸層、光活性層、電子傳輸層和陰極，如圖 8所示，所述的光活性層的材料為可溶液加工的具有巧鐵礦結(jié)構(gòu)的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化電池材 料，所述電子傳輸層具有如下結(jié)構(gòu)：
[000引
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電子傳輸層材料，其特征在于，該材料具有如下結(jié)構(gòu)：
其中，n為！~10000的自然數(shù)，B為強(qiáng)極性基團(tuán)，A1和A2為相同或者不同的芳環(huán)衍生 物或者含有碳碳雙鍵、碳氮鍵的共輛單元，M為A2與B之間的連接單元，M為具有1~20個(gè) 碳原子的烷基，或烷基上一個(gè)或多個(gè)碳原子被氧原子、締基、訣基、芳基或醋基中的一種W 上官能團(tuán)取代，氨原子被氣原子、氯原子、漠原子、艦原子或上述官能團(tuán)取代。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于，所述強(qiáng)極性基團(tuán)為胺基、季錠鹽基團(tuán)、磯 酸根、磯酸醋基、橫酸根、駿基和哲基中的一種或兩種W上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的材料，其特征在于，所述A1及A2為如下所示結(jié)構(gòu)的一種 或兩種W上：
其中n為！~10000的自然數(shù)，R為具有1~20個(gè)碳原子的烷基，或烷基上一個(gè)或多 個(gè)碳原子被氧原子、締基、訣基、芳基或醋基中的一種W上官能團(tuán)取代，氨原子被氣原子、氯 原子、漠原子、艦原子或上述官能團(tuán)取代。
4. 一種巧鐵礦太陽(yáng)電池，包括陽(yáng)極、空穴傳輸層、光活性層、電子傳輸層和陰極，其特 征在于，所述的光活性層的材料為可溶液加工的具有巧鐵礦結(jié)構(gòu)的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化電池材 料，所述電子傳輸層采用權(quán)利要求1~3任一項(xiàng)所述的材料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池，其特征在于，所述的光活性層為化合物I和化合物II 摩爾比為1:1~10:1的共混物，化合物I為含面素的有機(jī)鹽或無(wú)機(jī)鹽，化合物II為含面素 的金屬無(wú)機(jī)鹽。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電池，其特征在于，所述化合物I為W下化合物中的至少 一種；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. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的電池，其特征在于，所述的化合物II為W下化合物中的至 少一種；Pblg、化化2、F*bCl2、Snis、SnE5r2、SnClg、Gelg、GeE5r2、GeClg。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4或5或6所述的電池，其特征在于，所述陰極的材料為侶、銀、金、巧 /侶合金或巧/銀合金；所述空穴傳輸層為有機(jī)共輛聚合物或無(wú)機(jī)半導(dǎo)體。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池，其特征在于，所述空穴傳輸層為添加納米顆粒改善光 吸收后的復(fù)合界面層。
10. 根據(jù)權(quán)利要求4或5或6所述的電池，其特征在于，所述陽(yáng)極為金屬、金屬氧化物和 石墨締及其衍生物中的至少一種。
【專利摘要】本發(fā)明屬于光電器件技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種電子傳輸層材料及鈣鈦礦太陽(yáng)電池，所述鈣鈦礦太陽(yáng)電池，包括陽(yáng)極、空穴傳輸層、光活性層、電子傳輸層和陰極，所述的光活性層的材料為可溶液加工的具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化電池材料，所述電子傳輸層的材料具有如下結(jié)構(gòu)；本發(fā)明將含強(qiáng)極性基團(tuán)的共軛聚合物應(yīng)用于鈣鈦礦太陽(yáng)電池的電子傳輸層材料中，取代PCBM或者TiO2等，可以降低器件制作成本；且含的強(qiáng)極性基團(tuán)側(cè)鏈的聚合物起到明顯的陰極界面修飾作用，提高載流子傳輸能力，獲得了較好的器件性能。
【IPC分類】H01L51-42, H01L51-46, C08G61-12
【公開(kāi)號(hào)】CN104788649
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510100372
【發(fā)明人】黃飛, 孫辰, 吳志鴻, 葉軒立, 曹鏞
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年3月6日