[发明专利]羟基功能化的咪唑盐及其制备方法和在钙钛矿太阳电池中的应用

说明书

本发明属于太阳电池技术领域，具体为一种羟基功能化的咪唑盐及其制备方法和在钙钛矿太阳电池中的应用。本发明的羟基功能化的咪唑盐，以末端为羟基，咪唑为核心，咪唑N原子上取代芳环，阴离子为卤素或者类卤素；将羟基功能化的咪唑盐自组装到FTO导电基底的表面，将经过离子导体修饰的FTO作为导电基底用于钙钛矿太阳电池中，可获得优异的光伏性能。该FTO具有以下优势：在羟基功能化的咪唑盐中，末端的羟基可以通过化学键结合的方式锚固在FTO表面，使离子导体牢固地组装在FTO表面；可以调节FTO的功函，调变开路光电压；能够提高电荷的抽取能力和电子寿命。羟基功能化的咪唑盐结构简单，制备方便，稳定性高，是一种有潜力的界面修饰材料。

技术领域

本发明属于太阳电池技术领域，具体涉及一种羟基功能化的咪唑盐及其制备方法和在钙钛矿太阳电池中的应用。

背景技术

作为一种新型的光伏器件，钙钛矿太阳电池 (Perovskite solar cells) 引起了学术界和工业界的广泛关注。钙钛矿吸光层具有摩尔消光系数高、吸光范围宽、载流子扩散长度长等优势。在最近十年中，其能量转化效率从最初的3.8%快速提高到24.2%。钙钛矿太阳电池有正向和反向结构两种类型。在正向结构中，通常采取无机氧化物TiO₂作为电子传输层，但由于介孔TiO₂需要450^oC的高温退火处理来提高其结晶性，这限制了其在柔性基底上的应用并且增加了能量的损耗和器件制作的复杂性。为了简化电池的结构，降低电池的成本，无电子传输层的器件结构逐渐被报道，但是无电子传输层的器件存在着严重的电子回传和复合，另外导电玻璃（FTO）的功函与钙钛矿的导带能级不太匹配，严重影响了无电子传输层钙钛矿太阳电池器件的光电性能。

针对以上基于无电子传输层钙钛矿太阳电池器件存在的问题，本发明将羟基功能化的咪唑盐自组装到FTO导电基底的表面，将经过离子导体修饰后的FTO作为导电基底应用到钙钛矿太阳电池中，无需电子传输材料，可以获得优异的光伏性能。基于离子导体修饰后的FTO具有以下优势：（1）在羟基功能化的咪唑盐中，末端的羟基可以通过化学键结合的方式锚固在FTO表面，使离子导体牢固地组装在FTO表面；（2）可以调节FTO的功函，从而调变开路光电压；（3）能够提高电荷的抽取能力和电子寿命。本发明的羟基功能化的咪唑盐结构简单，容易制备，稳定性高，是一种有潜力的界面修饰材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种羟基功能化的咪唑盐及其制备方法，并应用于钙钛矿太阳电池中。

本发明提供的羟基功能化的咪唑盐，以末端为羟基，咪唑为核心，咪唑N原子上取代芳环，阴离子为卤素或者类卤素，具体结构式为：

其中：R为R1、R2、R3 或R4所示结构的化合物；X为Cl、 Br、I、SCN、BF₄、PF₆ 或TFSI； n =2~8。

本发明中，典型的咪唑盐离子导体如下：

R = R3，X = I，n = 2，咪唑盐记为IC-1；

R = R2，X = I，n = 2，咪唑盐记为IC-2；

R = R1，X = BF₄，n = 4，咪唑盐记为IC-3；

R = R4，X = PF₆，n = 3，咪唑盐记为IC-4；

R = R2，X = TFSI，n = 5，咪唑盐记为IC-5；

R = R3，X= SCN，n = 6，咪唑盐记为IC-6；

R = R3，X = Cl，n = 7，咪唑盐记为IC-7；