[发明专利]一种离子型苝二酰亚胺类电子传输材料及其合成方法和用途

说明书

本发明属于电子传输材料技术领域，公开了一种离子型苝二酰亚胺类电子传输材料及其合成方法和用途。该材料为一种非富勒烯离子型电子传输材料，其具有优异的导电性及成膜性，并将其成功应用于反式钙钛矿太阳能电池中。该反式钙钛矿太阳能电池的器件结构为玻璃/氟掺杂氧化锡层/致密氧化镍层/钙钛矿吸收层/电子传输层/氧化钛层(TiO_x)/银电极。与传统的富勒烯类电子传输材料相比，本发明制备的基于非富勒烯离子型电子传输材料的反式钙钛矿太阳能电池具有高效率、高稳定性且低成本的优点；本发明开创了一类新型具有广阔应用前景的非富勒烯离子型电子传输材料，在电子传输材料方面为制备高效稳定的反式钙钛矿太阳能电池提供了新的选择。

技术领域

本发明属于电子传输材料技术领域，涉及一种用于反式平面型钙钛矿太阳能电池的离子型苝二酰亚胺类电子传输材料。

背景技术

作为一种新兴的太阳能电池技术，钙钛矿太阳能电池(Perovskit Solar Cells,PSCs)发展迅猛，仅经过短短几年时间其光电转换效率已超过22％，由于其电池性能已达到与硅太阳能电池相当的水平，并且制备工艺简单，成本低廉，具有很好的应用前景，使得钙钛矿太阳能电池迅速成为全球的研究热点。钙钛矿太阳能电池结构主要包括电极、电子传输层(electrontransport layer,ETL)、钙钛矿吸收层以及空穴传输层(hole transportlayer,HTL)。根据ETL、HTL与钙钛矿活性层的相对位置，电池结构可以分为正式和反式构型的钙钛矿太阳能电池。与正式钙钛矿太阳能电池相比，反式钙钛矿太阳能电池在测试过程中几乎没有迟豫现象，且可以通过简易的低温溶液法制备，从而此类钙钛矿太阳能电池在生产制备过程中避免了第一代硅基太阳能电池(单晶硅、多晶硅、非晶硅)以及第二代太阳能电池(铜铟镓化合物、砷化镓等)生产过程中的高温高能耗与复杂的生产工艺，为实现钙钛矿太阳能电池的大规模、低成本及柔性器件的制造提供了可能。

在反式钙钛矿太阳能电池中，ETL在界面激子分离、界面电荷传输及抑制电荷复合的过程中起着至关重要的作用。目前，富勒烯及其衍生物(C60，PC61BM，ICBA等)由于具有较好的亲电性及电荷传输各向同性，作为电子传输材料被广泛地应用于反式钙钛矿太阳能电池中并获得了超高的效率。但是富勒烯及其衍生物具有能带位置相对固定且难以调节、导电性低、成本高及其电化学稳定性差等缺点，进而限制了钙钛矿太阳能电池性能的进一步提升及其大规模的商业化应用。(C.B.Nielsen,S.Holliday,H.Y.Chen,S.J.Cryer,I.McCulloch.Acc.Chem.Res.2015,48,2803；F.Liu,Z.Zhou,C.Zhang,T.Vergote,H.Fan,F.Liu,X.Zhu.J.Am.Chem.Soc.,2016,138,15523；Y.Yang,Z.G.Zhang,H.Bin,S.Chen,L.Gao,L.Xue,C.Yang,Y.Li.J.Am.Chem.Soc.2016,138,15011；C.Cui,Y.Li,Y.Li.Adv.Energy Mater.2017,7,1601251.)因此，开发界面能级匹配的、自然条件稳定的、成本低廉的、高电子迁移率及高导电的非富勒烯电子传输材料对电池性能及稳定性的进一步提升具有重要的意义。