本發(fā)明涉及萘四甲酸二酐衍生物化合物的應用。具體地是涉及萘四甲酸二酐的化合物作為界面修飾材料在倒置鈣鈦礦太陽能電池中的應用。

背景技術(shù)：

在過去七年中，基于鹵化鉛鈣鈦礦(例如，CH₃NH₃PbI₃)的光捕獲層的鈣鈦礦太陽能電池(PSC)取得了學術(shù)界廣泛的關(guān)注，這主要是由于它們具有低成本的前體，寬的光吸收，長激子擴散長度，溶液加工性和高機械柔韌性等優(yōu)點。最近，科學家們在提高PSC性能方面取得了巨大突破，光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)超過20％。

鈣鈦礦半導體可以用于幾種類型的太陽能電池結(jié)構(gòu)，包括鈣鈦礦敏化太陽能電池，中超結(jié)構(gòu)太陽能電池和p-i-n型平面異質(zhì)結(jié)(PHJ)太陽能電池。后者被認為具有最有希望的商業(yè)化，因為它們相對簡單的器件結(jié)構(gòu)和使用大面積涂覆工藝在低溫下制造的潛力。目前，PHJ鈣鈦礦太陽能的PCE已高達18％。盡管PHJ鈣鈦礦太陽能電池的性能仍然低于基于其他結(jié)構(gòu)的性能，但仍有進一步提高PHJ鈣鈦礦太陽能電池的性能的空間。

目前許多報告已經(jīng)解決了產(chǎn)生界面偶極子并改變導體的WF(通用界面)的界面材料的使用。在PC61BM和高WF陰極之間插入額外的陰極緩沖層(CBL)已經(jīng)被認為是使PHJ鈣鈦礦太陽能電池的性能最大化的必要途徑。本發(fā)明主要是通過對倒置的鈣鈦礦器件中的電子傳輸層/鈣鈦礦層的界面進行修飾，修飾材料為萘四甲酸二酐衍生物。將萘四甲酸二酐衍生物用于鈣鈦礦太陽能電池中的電子傳輸層/陰極的界面上，首先，可調(diào)節(jié)電子傳輸層的形貌，減少膜中的缺陷密度，提高電子傳輸層的質(zhì)量；其次，引入萘四甲酸二酐衍生物界面修飾層，可以有效地加速電子從電子傳輸層向陰極的傳輸，從而有利于器件效率的提高。此外，由于萘四甲酸二酐衍生物的溶解性較好，可通過溶液旋涂法將其引入到鈣鈦礦太陽能電池中，操作非常簡單，可重復性好。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的

本專利的目的在于提供萘四甲酸二酐衍生物的化合物

式中R₁、R₂可以相同或者不相同，獨立選自C1-C20的長烷基鏈，X為Cl、Br或I等，n＝0-16。用于倒置鈣鈦礦太陽能電池中電子傳輸層/陰極的界面修飾方面的應用。

發(fā)明具體內(nèi)容

1.本發(fā)明涉及萘四甲酸二酐衍生物用于倒置鈣鈦礦太陽能電池中電子傳輸層/陰極的界面修飾方面的應用。萘四甲酸二酐衍生物的化合物結(jié)構(gòu)如下所示：

式中R₁、R₂可以相同或者不相同，獨立選自C1-C20的長烷基鏈，X為Cl、Br或I等，n＝0-16。

2.萘四甲酸二酐衍生物在電子傳輸層界面修飾的制備方法。

3.基于萘四甲酸二酐衍生物修飾的電子傳輸層/鈣鈦礦層的太陽能電池的制備。

附圖說明

圖1：基于萘四甲酸二酐衍生物修飾的鈣鈦礦太陽能電池的器件結(jié)構(gòu)示意圖（NiOx代表氧化鎳，Perovskite代表鈣鈦礦，PCBM代表一種富勒烯衍生物，Interface layer代表界面修飾層，Ag代表銀)

圖2：基于N，N’-雙(1-正己基吡啶-1-鎓-4-基甲基)萘-1，8，4，5-雙(二甲酰亞胺)二溴化物修飾的太陽能電池的光電流密度-電壓曲線圖(current density代表電流密度，voltage代表電壓)。

具體實施方式

實施案例1

將N，N′-雙(1-正己基吡啶-1-鎓-4-基甲基)萘-1，8，4，5-雙(二甲酰亞胺)二溴化物用作鈣鈦礦太陽能電池中PCBM/Ag的界面修飾層，其分子結(jié)構(gòu)式如下：

步驟一：ITO基片清洗

使用鋅粉和稀鹽酸的混合液將1.5cm x 1.5cm的ITO基片刻蝕，再將刻蝕后的ITO分別在去離子水、丙酮以及異丙醇中各超聲清洗15分鐘，最后用氮氣吹干并在UV-臭氧中照射15分鐘。

步驟二：器件制備

(1)加修飾層器件ITO/NiOx/Perovskite Layer/PCBM/Interface layer/Ag的制備：

先將(FAI：PbI2)0.1(CsI：PbI2)0.1(MAI：PbI2)0.65(MAI：PbCl2)0.15溶入GBL∶DMSO＝7∶3(V/V)的溶劑中，攪拌3小時備用；再將鈣鈦礦前軀體溶液滴入ITO/NiOx薄膜中，1000r/min旋轉(zhuǎn)20s，4000r/min旋轉(zhuǎn)30s，在旋轉(zhuǎn)4000r/min 20s時滴入500ul的甲苯溶劑到鈣鈦礦前軀體薄膜中；然后將ITO/NiOx/Perovskite薄膜100度加熱10min后，取溶入氯仿的PC61BM，10mg/ml溶液滴入鈣鈦礦薄膜上旋轉(zhuǎn)成膜；接下來將N，N′-雙(1-正己基吡啶-1-鎓-4-基甲基)萘-1，8，4，5-雙(二甲酰亞胺)二溴化物溶入甲醇中，滴入PC61BM上旋涂成膜，制備成界面層；最后蒸鍍銀電極制備成器件。

(2)不加修飾層器件ITO/NiOx/Perovskite Layer/PCBM/Ag的制備：

使用同樣的制備工藝，不同之處在于沒有N，N′-雙(1-正己基吡啶-1-鎓-4-基甲基)萘-1，8，4，5-雙(二甲酰亞胺)二溴化物修飾層。

步驟三：電池性能測試

使用Keithley2400對器件進行性能測試：在模擬的AM 1.5G的太陽光照射條件下(光強度為100mW/cm²)可獲得光電流-電壓曲線，掃描電壓范圍是反向掃描1.2V→-1.2V，正向掃描-1.2V→1.2V，掃描速率50mV/S。

在PCBM/Ag的界面引入N，N′-雙(1-正己基吡啶-1-鎓-4-基甲基)萘-1，8，4，5-雙(二甲酰亞胺)二溴化物，N，N′-雙(1-正己基吡啶-1-鎓-4-基甲基)萘-1，8，4，5-雙(二甲酰亞胺)二溴化物的最高占據(jù)軌道(HOMO)與最低未占據(jù)軌道(LUMO)能級與銀電極相匹配，可以有效地加速電子從電子傳輸層向銀電極的注入與傳輸，最終經(jīng)過修飾后的器件的效率由原來的9.51％提高到了17.27％。得到不同濃度的電池性能如下表(V_oc代表開路電壓，J_sc代表短路電流密度，F(xiàn)F代表填充因子，PCE代表光電轉(zhuǎn)換效率)：

總結(jié)以上結(jié)果表明，經(jīng)過N，N′-雙(1-正己基吡啶-1-鎓-4-基甲基)萘-1，8，4，5-雙(二甲酰亞胺)二溴化物修飾過的鈣鈦礦太陽能電池的器件性能有著明顯提高，且制備界面層的方法簡單以及可重復性好。

以上對本發(fā)明實施例所提供的萘四甲酸二酐衍生物在鈣鈦礦太陽能電池中的電子傳輸層界面修飾進行了詳細介紹，應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想，內(nèi)容不應理解為對本發(fā)明的限制。