[发明专利]一种复合电子传输材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种复合电子传输材料及其制备方法和应用，所述复合电子传输材料包括沸石咪唑酯骨架化合物以及生长在所述沸石咪唑酯骨架化合物表面的有机电子传输材料。本发明通过在沸石咪唑酯骨架的表面生长有机电子传输材料，增强了分子间的作用力，抑制了有机电子传输材料本身的自聚集，进而构建了一种新型的复合电子传输材料，基此制备得到的复合电子传输层的电子传输速率得到了显著提升，组装器件的光伏性能和稳定性也有了明显的改善。

技术领域

本发明属于光伏电池材料领域，具体涉及一种复合电子传输材料及其制备方法和应用。

背景技术

标准的钙钛矿电池中，一个固有的钙钛矿吸收层夹在N型电子传输材料(ETL)和P型空穴传输材料(HTL)之间。因此，钙钛矿电池主要有两种结构类型：正式n-i-p结构和倒置p-i-n结构。钙钛矿吸收阳光后产生的电子从钙钛矿层的LUMO(有机材料的最低未占据分子轨道)注入到ETL的导电带中，空穴被HTL从钙钛矿层的最高未占据分子轨道(HOMO)上收集，然后这些光激发载流子被对电极收集。

ETL被认为是将电子传输到相应电极的材料，可阻止空穴的扩散。因此，要获得性能更好的钙钛矿太阳能电池，需要ETL有排列良好的能级、高的电子迁移率和高的光学透过率。此外，还需要ETL具备其他特性：化学稳定性和高疏水性，水分或氧气更容易穿透聚合物基质而不是降解钙钛矿层。

有机ETL可以在钙钛矿电池中发挥重要作用。目前，富勒烯及其衍生物(如C₆₀或PCBM(包括[6,6]-苯基-C61-丁酸异甲酯(PC₆₁BM)和[6,6]-苯基-C71-丁酸异甲酯(PC₇₁BM))等)已广泛应用于钙钛矿电池中。PCBM能够减少陷阱密度，钝化钙钛矿的晶界。与PCBM相比，C₆₀具有更好的电子迁移率和导电性，例如，CN110416412B公开了一种用于提高反向钙钛矿太阳能电池稳定性的电子传输层及其制备方法。所述制备方法采用Suzuki偶合反应合成了含氟聚芴，将制得的含氟聚芴与富勒烯及其衍生物溶于氯苯中，得到含氟聚芴与富勒烯及其衍生物溶液，然后将其旋涂在太阳能电池器件的钙钛矿层上，得到电子传输层。然而，C₆₀在普通溶剂中的溶解度较低，因此很难通过溶液工艺制备出致密的C₆₀层。除了采用溶液法制备C₆₀层，也可通过热蒸发法进行沉积，例如CN112952001A公开了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，所述制备方法采用磁控溅射法沉积NiO_x空穴传输层，采用真空蒸发法和刮涂法相结合沉积碘铅铯甲脒钙钛矿层，采用真空蒸发法沉积C₆₀电子传输层、BCP电极修饰层和金属对电极。CN107425121B公开了一种钙钛矿薄膜太阳能电池及其制备方法，其中，所述第一电子传输层的材料为掺杂有有机小分子掺杂剂的C₆₀，所述制备方法包括：应用双源真空热沉积工艺，将所述有机小分子掺杂剂和C₆₀通过蒸发再沉积，在所述钙钛矿吸光层上制备形成所述第一电子传输层。然而，上述方法制备得到的C₆₀易出现团聚现象，严重影响了电子的传输，导致器件性能恶化，影响电池的长期稳定性。

因此，如何有效改善有机电子传输材料的团聚现象，提高电子的传输速率，从而提高器件的性能，是亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种复合电子传输材料及其制备方法和应用。本发明通过在沸石咪唑酯骨架的表面生长有机电子传输材料，增强了分子间的作用力，抑制了有机电子传输材料本身的自聚集，进而构建了一种新型的复合电子传输材料，基此制备得到的复合电子传输层的电子传输速率得到了显著提升，组装器件的光伏性能和稳定性也有了明显的改善。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种复合电子传输材料，所述复合电子传输材料包括沸石咪唑酯骨架化合物以及生长在所述沸石咪唑酯骨架化合物表面的有机电子传输材料。