[发明专利]一种基于氨基喹啉类离子液体的二维碳基钙钛矿太阳能电池

说明书

本发明公开了一种基于氨基喹啉类离子液体的二维碳基钙钛矿太阳能电池，该电池包括从下至上依次叠设的透明导电电极、电子传输层、介孔层、钙钛矿光吸收层和对电极。本发明以疏水型离子液体1‑乙胺氢碘酸盐喹啉双三氟甲烷磺酰亚胺盐([ILNTF₂]⁺I^‑)、CH₃NH₃I、卤化铅为原料，成功制备出新型二维钙钛矿材料，并通过一步旋涂法制备出以[ILNTF₂]₂(CH₃NH₃)₉Pb₁₀X₃₁为光吸收层的钙钛矿太阳能电池。本发明通过将疏水性离子液体1‑乙胺氢碘酸盐喹啉双三氟甲烷磺酰亚胺盐与卤化铅结合成为钙钛矿结构引入钙钛矿太阳能电池体系，所制备的钙钛矿电池具备方便、简易、经济、稳定性强、光电转换效率高等优点。

技术领域

本发明涉及太阳能电池制备技术领域，尤其涉及一种基于氨基喹啉类离子液体的二维碳基钙钛矿太阳能电池。

背景技术

金属卤化物钙钛矿型太阳能电池具有直接带隙、高的消光系数、高的载流子迁移率、小的激子结合能、长的载流子扩散长度等诸多优点而备受关注，并迅速发展，在短短10年内，电池效率从3.8％增加到24.2％。随着电池效率的不断提高，钙钛矿太阳能电池的稳定性及制作成本也越来越成为研究者广泛关注的问题。然而使用昂贵的金属电极作为对电极，不仅成本高，而且需要真空蒸镀等高能耗的工艺来制备，同时还需要昂贵的空穴传输材料，因此寻求价格低廉、性能稳定的材料来替代贵金属作为对电极具有重要的实际应用价值。

碳作为电极材料不仅具有结构多样性、化学稳定性和丰富的表面化学特性等特点，而且碳材料在地壳中含量丰富、价格低廉，并且碳与金属电极的费米能级相似，碳电极可以由商业化的导电碳粉或者烛灰制备，且制备工艺简单，是替代贵金属电极较好的选择。2013年，华中科技大学Han等(Ku Z,Rong Y,Xu M,Liu T,Han H 2013 Sci.Rep.33132)首次将碳材料作为电池对电极，制备出无空穴传输层的钙钛矿太阳能电池，但该电池的光电转化效率仅为6.64％，显著低于金属基钙钛矿太阳能电池。

为了克服上述技术问题，研究者提出对碳基钙钛矿太阳能电池进行钙钛矿溶剂处理、添加空间层、空穴传输层等手段以提高电池的光电转换效率。如2016年，大连理工大学研究团队(F Zhang,X Yang,M Cheng,W Wang,L SunNano Energy 20,108-116)使用CuPc材料作为空穴传输层，商业碳浆作为对电极，获得高效太阳能电池，但是无空穴传输层的碳基钙钛矿太阳能电池的效率仅为9％。同年，香港科技大学Yang等(Chen H,Wei Z,He H,ZhengX,Wong KS,Yang S 2016 Adv.Energy Mater.61502087)用环己烷来修饰钙钛矿前驱体溶液，使得无空穴传输层的碳电极结构效率达到14.34％，但是MAPbI₃基的钙钛矿太阳能电池的效率仅为9.75％。

此外，钙钛矿材料作为一种新兴光敏材料其自身仍存在以下不足，如有机金属卤化铅钙钛矿材料稳定性差，对空气环境敏感，一定湿度的空气便会使其快速分解从而导致电池器件性能急剧下降，因此严重影响太阳能电池器件的稳定性及使用寿命，阻碍了碳基钙钛矿太阳能电池的商业化发展。因此，寻找一种对空气环境稳定的光敏材料，同时使用导电性好、储量丰富、价格低廉的对电极对实现钙钛矿太阳能电池产业化具有重要意义。

发明内容