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CN118373841A - 离子液体及制备方法、钙钛矿太阳能电池及制备方法、光伏组件 - Google Patents

离子液体及制备方法、钙钛矿太阳能电池及制备方法、光伏组件 Download PDF

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CN118373841A
CN118373841A CN202410809752.6A CN202410809752A CN118373841A CN 118373841 A CN118373841 A CN 118373841A CN 202410809752 A CN202410809752 A CN 202410809752A CN 118373841 A CN118373841 A CN 118373841A
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perovskite
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solar cell
transport layer
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CN202410809752.6A
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应昕彤
李兆宁
樊慧柯
莫易
曾海鹏
张学玲
冯志强
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Trina Solar Co Ltd
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Trina Solar Co Ltd
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Abstract

本申请涉及电池领域，提出了离子液体及制备方法、钙钛矿太阳能电池及制备方法、光伏组件，所述离子液体包括，其中，R1包括烷基链；R2包括‑COOH、‑B(OH)2、‑PO(OH)2、‑CF3、‑NH2、‑SO3H中的至少一种；Ar包括含有取代基的芳杂环。由此，在钙钛矿层中加入所述离子液体，可以提高钙钛矿层的长期稳定性，提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。

Description

离子液体及制备方法、钙钛矿太阳能电池及制备方法、光伏 组件
技术领域
本申请涉及电池领域，具体地，涉及离子液体及制备方法、钙钛矿太阳能电池及制备方法、光伏组件。
背景技术
目前，钙钛矿太阳能电池因其光电转换效率超过传统的硅太阳能电池而受到广泛关注。但是，钙钛矿太阳能电池的稳定性差、寿命短等问题限制了其发展。钙钛矿太阳能电池的稳定性，在一定程度上取决于钙钛矿层的稳定性。钙钛矿层通常含有大量的晶界缺陷，导致空气中的水和氧容易通过缺陷渗透到钙钛矿中，导致钙钛矿分解。因此，目前的钙钛矿太阳能电池还需进一步改进。
发明内容
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
本申请第一方面提出了一种离子液体，包括，其中，R1包括烷基链；R2包括-COOH、-B(OH)2、-PO(OH)2、-CF3、-NH2、-SO3H中的至少一种；Ar包括含有取代基的芳杂环。由此，将上述小分子离子液体加入到钙钛矿层中，可以钝化钙钛矿层的缺陷，提高钙钛矿层的质量，进而提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。小分子离子液体还可以在钙钛矿层中原位聚合，形成离子液体的聚合物，聚合物形成的三维骨架网络可提高钙钛矿层的长期稳定性，进而提高钙钛矿太阳能电池的寿命。
根据本申请的一些实施例，满足以下条件的至少之一：（1）R1包括1个-18个碳原子的烷基链中的一种；（2）R2包括-B(OH)2或-PO(OH)2中的至少一种；（3）Ar包括式1、式2、式3、式4、式5、式6、式7、式8、氟苯、苯环中的至少一种。
根据本申请的一些实施例，满足以下条件的至少之一：（1）R1包括1个-4个碳原子的烷基链中的一种；Ar包括式1、式5-1、式5-2中的至少一种。
本申请第二方面提供了一种制备本申请第一方面提供的离子液体的方法，包括：将乙烯基咪唑、R2-Ar-R1-Br、溶剂混合，加热回流，干燥，以获得所述离子液体。由此，该方法制备的离子液体具有前述的离子液体所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，至少具有可提高钙钛矿层质量、提高钙钛矿层长期稳定性的优点。
根据本申请的一些实施例，所述乙烯基咪唑与所述R2-Ar-R1-Br的摩尔比为1：（1.1-2）。
根据本申请的一些实施例，所述乙烯基咪唑与所述R2-Ar-R1-Br的摩尔比为1：（1.1-1.5）。
根据本申请的一些实施例，所述加热回流的温度为50℃-70℃，所述加热回流的时间为12h-24h。
本申请第三方面提供了一种钙钛矿太阳能电池，包括：衬底；钙钛矿层，所述钙钛矿层设置在所述衬底的一侧，所述钙钛矿层包括钙钛矿材料和添加剂，所述添加剂包括本申请第一方面提供的离子液体以及所述离子液体形成的聚合物；电极层，所述电极层设置在所述钙钛矿层远离所述衬底的一侧。由此，可以提高钙钛矿电池的光电转换效率以及长期稳定性。
根据本申请的一些实施例，所述添加剂与所述钙钛矿材料的摩尔比为（1-10）：150。
根据本申请的一些实施例，所述添加剂与所述钙钛矿材料的摩尔比为（3-5）：150。
由此，在提高钙钛矿电池的光电转换效率的同时，提高钙钛矿电池的长期稳定性。
根据本申请的一些实施例，所述钙钛矿太阳能电池还包括：空穴传输层，所述空穴传输层位于所述衬底与所述钙钛矿层之间；电子传输层，所述电子传输层位于所述钙钛矿层远离所述空穴传输层的一侧；空穴阻挡层，所述空穴阻挡层位于所述电子传输层远离所钙钛矿层的一侧，所述电极层位于所述空穴阻挡层远离所述电子传输层的一侧。
根据本申请的一些实施例，所述钙钛矿电池满足以下条件的至少之一：所述钙钛矿材料包括ABX3，其中，A包括Cs+、MA+(CH3NH3 +)、FA+(CH(NH2)2 +)、Rb+中的至少一种，B包括Pb2 +、Sn2+、Mn2+中的至少一种，X包括卤素离子中的至少一种；形成所述空穴传输层的材料包括[2-(9H-咔唑-9-基)乙基]磷酸、[4-(9H-咔唑-9-基)丁基]磷酸、[4-(3，6-二甲基-9H-咔唑-9-基)丁基]磷酸、[2-(3，6-二甲基-9H-咔唑-9-基)乙基]磷酸、[2-(3，6-二叔丁基-9H-咔唑-9-基)乙基]磷酸、[4-(3，6-二溴-9H-咔唑-9-基)丁基]磷酸、聚[双(4-苯基) (2，4，6-三甲基苯基)胺]、聚(3-己基噻吩-2，5-二基)、聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)中的至少一种；形成所述电子传输层的材料包括[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯、C60、氧化锡中的至少一种；形成所述空穴阻挡层的材料包括2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉或乙酰丙酮锆中的至少一种；形成所述电极层的材料包括银、铜、氧化物、碳电极中的至少一种。
本申请第四方面提供了一种制备本申请第三方面提供的钙钛矿太阳能电池的方法，包括：将离子液体、A源、B源、X源、溶剂混合形成前驱体溶液，将所述前驱体溶液形成在所述衬底的一侧，加热退火，以形成所述钙钛矿层；在所述钙钛矿层远离所述衬底的一侧形成电极层。由此，该方法制备的钙钛矿太阳能电池具有较高的光电转换效率，还可以提高钙钛矿太阳能电池的长期稳定性。
根据本申请的一些实施例，形成所述钙钛矿层的方法包括：将所述离子液体、A源、B源、X源、溶剂混合形成前驱体溶液，将所述前驱体溶液形成在所述衬底的一侧，加热退火，以形成所述钙钛矿层。
根据本申请的一些实施例，所述前驱体溶液中所述离子液体的质量占比为0.5mg/mL-3mg/mL。
根据本申请的一些实施例，所述加热退火的温度为100℃-150℃，所述加热退火的时间为30min-40min。
根据本申请的一些实施例，所述方法还包括：在所述衬底和所述钙钛矿层之间形成空穴传输层；在所述钙钛矿层远离所述空穴传输层的一侧形成电子传输层；在所述电子传输层远离所钙钛矿层的一侧形成空穴阻挡层；在所述空穴阻挡层远离所述电子传输层的一侧形成所述电极层。
本申请第五方面提供了一种光伏组件，包括本申请第三方面提供的钙钛矿太阳能电池或本申请第四方面提供的方法制备的钙钛矿太阳能电池。
附图说明
本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1显示了本申请一个实施例的钙钛矿太阳能电池的结构示意图。
附图标记：
1：钙钛矿太阳能电池；11：衬底；12：空穴传输层；13：钙钛矿层；14：电子传输层；15：空穴阻挡层；16：电极层。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
钙钛矿太阳能电池的稳定性在一定程度上取决于钙钛矿层的稳定性，钙钛矿层通常含有大量的晶界缺陷，导致空气中的水和氧通过这些缺陷渗透到钙钛矿中，进而导致钙钛矿分解。同时，由于界面缺陷能量不稳定，容易受到外界因素(如光、电场、热等)的摧残，同样会加速钙钛矿的分解。为了提高钙钛矿层的稳定性，可通过调节钙钛矿组分、改进封装技术等手段在一定程度上缓解稳定性问题。但是在高温和高湿的情况下，钙钛矿太阳能电池仍然出现稳定性不高、光电转换效率低的情况。
本申请第一方面提供了一种离子液体，包括，其中，R1包括烷基链；R2包括-COOH、-B(OH)2、-PO(OH)2、-CF3、-NH2、-SO3H中的至少一种；Ar包括含有取代基的芳杂环。由此，将此小分子离子液体加入到钙钛矿层中，可以提高钙钛矿层的质量，提高钙钛矿层在高温、高湿条件下的稳定性，提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。
下面对本申请能够实现上述有益效果的原理进行说明：
本申请提出的小分子离子液体包括乙烯基咪唑单元、R1和R2，其中，杂原子的引入可以提高离子液体与钙钛矿层中的离子的配位能力，R2还可以与离子形成氢键，进而提高了离子液体与钙钛矿层内的离子之间的作用力，降低离子的迁移速率，钝化相关缺陷，进而提高钙钛矿层的质量。除此之外，小分子离子液体还可以在晶界处聚集，进而可以降低空气中的水氧通过晶界缺陷渗透到钙钛矿中的风险，降低钙钛矿分解的概率，提高钙钛矿的稳定性。晶界处富集的小分子离子液体更容易发生聚合形成聚合物，使其在低浓度掺杂时便可有效交联，从而钝化晶界缺陷。小分子离子液体聚合形成的聚合物还可形成三维骨架网络，以进一步降低缺陷密度，降低载流子横向传输以及离子移动的速率，钝化缺陷。通过小分子离子液体在钙钛矿层原位聚合形成聚合物，相较于直接在钙钛矿层添加聚合物，可提高小分子离子液体以及聚合物在钙钛矿层分布的均匀性，进而提高钙钛矿层的整体质量，也更加有利于大面积器件的制备；相比于仅在钙钛矿层中添加小分子离子液体，聚合物在钙钛矿太阳能电池长期运行过程中更加稳定，挥发的风险更低，从而可以提高钙钛矿太阳能电池的长期稳定性。
本申请中，离子液体的结构可通过核磁共振氢谱与高分辨质谱进行鉴定。
根据本申请的一些实施例，R1包括烷基链。
作为示例，R1可以包括1个-18个碳原子的烷基链中的一种。
作为示例，R1可以包括1个-4个碳原子的烷基链中的一种。例如，可以为甲基、乙基、丙基或丁基等。
根据本申请的一些实施例，R2包括-COOH、-B(OH)2、-PO(OH)2、-CF3、-NH2、-SO3H中的至少一种。由此，上述种类的R2可以与钙钛矿层中的离子形成氢键，进而提高小分子离子液体与离子之间的结合力，降低离子的迁移速率，从而钝化钙钛矿层的缺陷，提高钙钛矿层的质量，提高光电转换效率。根据本申请的一些具体实施例，R2包括-B(OH)2或-PO(OH)2中的至少一种。
根据本申请的一些实施例，Ar包括式1、式2、式3、式4、式5、式6、式7、式8、氟苯、苯环中的至少一种。上述种类的Ar可以与钙钛矿层中的离子形成氢键，进而提高小分子离子液体与离子之间的结合力，降低离子的迁移速率，从而钝化钙钛矿层的缺陷，提高钙钛矿层的质量，提高光电转换效率。
作为示例，所述氟苯包括：式5-1、式5-2、式5-3、式5-4中的至少一种。
根据本申请的一些具体实施例，Ar包括式1、式5-1、式5-2中的至少一种。
本申请第二方面提供了一种制备本申请第一方面提供的离子液体的方法，包括：将乙烯基咪唑、R2-Ar-R1-Br、溶剂混合，加热回流，干燥，以获得所述离子液体。由此，该方法制备的离子液体具有前述的离子液体所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，至少具有可提高钙钛矿太阳能电池光电转换效率、提高其长期稳定性的优点。
根据本申请的一些实施例，所述乙烯基咪唑与所述R2-Ar-R1-Br的摩尔比可以为1：（1.1-2），例如，可以为1:1.1、1:1.2、1:1.4、1:1.6、1:1.8或1:2等，或可以为上述任意数值组成的范围。由此，可以使乙烯基咪唑充分转化，有利于后续产物的分离与纯化。根据本申请的一些具体实施例，所述乙烯基咪唑与所述R2-Ar-R1-Br的摩尔比可以为1：（1.1-1.5）。
根据本申请的一些实施例，所述加热回流的温度为50℃-70℃，所述加热回流的时间为12h-24h。
作为示例，所述加热回流的温度可以为50℃、55℃、60℃、65℃或70℃等，或可以为上述任意数值组成的范围。
作为示例，所述加热回流的时间可以为12h-24h，例如，可以为12h、14h、16h、18h、20h、22h、24h等，或可以为上述任意数值组成的范围。
由此，通过使加热回流的温度和时间在上述范围，可以使乙烯基咪唑与R2-Ar-R1-Br充分溶解于反应液中，提高反应转化率，有利于原料充分利用，降低成本。
本申请第三方面提供了一种钙钛矿太阳能电池1，参考图1，所述钙钛矿太阳能电池1包括：衬底11；钙钛矿层13，所述钙钛矿层13设置在所述衬底11的一侧，所述钙钛矿层13包括钙钛矿材料和添加剂，所述添加剂包括前述的离子液体以及所述离子液体形成的聚合物；电极层16，所述电极层16设置在所述钙钛矿层13远离所述衬底11的一侧。由此，钙钛矿层的添加剂同时包括小分子离子液体及其形成的聚合物，杂原子的引入可以提高离子液体与钙钛矿层中的离子的配位能力，R2还可以与离子形成氢键，进而提高了离子液体与钙钛矿层内的离子之间的作用力，降低离子的迁移速率，钝化相关缺陷，进而提高钙钛矿层的质量。除此之外，小分子离子液体还可以在晶界处聚集，进而可以降低空气中的水氧通过晶界缺陷渗透到钙钛矿中的风险，降低钙钛矿分解的概率，提高钙钛矿的稳定性。晶界处富集的小分子离子液体更容易发生聚合形成聚合物，使其在低浓度掺杂时便可有效交联，从而钝化晶界缺陷。小分子离子液体聚合形成的聚合物还可形成三维骨架网络，以进一步降低缺陷密度，降低载流子横向传输以及离子移动的速率，钝化缺陷。通过小分子离子液体在钙钛矿层原位聚合形成聚合物，相较于直接在钙钛矿层添加聚合物，可提高小分子离子液体以及聚合物在钙钛矿层分布的均匀性，进而提高钙钛矿层的整体质量，也更加有利于大面积器件的制备；相比于仅在钙钛矿层中添加小分子离子液体，聚合物在钙钛矿太阳能电池长期运行过程中更加稳定，挥发的风险更低，从而可以提高钙钛矿太阳能电池的长期稳定性。
根据本申请的一些实施例，所述添加剂与所述钙钛矿材料的摩尔比可以为（1-10）：150，例如，可以为1：150、3：150、5：150、7：150、9：150或10:150等，或可以为上述任意数值组成的范围。由此，在提高钙钛矿层质量及稳定性的同时，提高钙钛矿材料在钙钛矿层中的质量占比，提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。根据本申请的一些具体实施例，所述添加剂与所述钙钛矿材料的摩尔比可以为（3-5）：150。
作为示例，所述钙钛矿材料可以包括ABX3，其中，A包括Cs+、MA+(CH3NH3 +)、FA+(CH(NH2)2 +)、Rb+中的至少一种，B包括Pb2+、Sn2+、Mn2+中的至少一种，X包括卤素离子中的至少一种。
根据本申请的一些实施例，参考图1，所述钙钛矿太阳能电池1还可以包括：空穴传输层12，所述空穴传输层12位于所述衬底11与所述钙钛矿层13之间；电子传输层14，所述电子传输层14位于所述钙钛矿层13远离所述空穴传输层12的一侧；空穴阻挡层15，所述空穴阻挡层15位于所述电子传输层14远离所钙钛矿层13的一侧，所述电极层16位于所述空穴阻挡层15远离所述电子传输层14的一侧。由此，提高钙钛矿太阳能电池1的光电转换效率。
作为示例，形成所述空穴传输层的材料可以包括[2-(9H-咔唑-9-基)乙基]磷酸、[4-(9H-咔唑-9-基)丁基]磷酸、[4-(3，6-二甲基-9H-咔唑-9-基)丁基]磷酸、[2-(3，6-二甲基-9H-咔唑-9-基)乙基]磷酸、[2-(3，6-二叔丁基-9H-咔唑-9-基)乙基]磷酸、[4-(3，6-二溴-9H-咔唑-9-基)丁基]磷酸、聚[双(4-苯基) (2，4，6-三甲基苯基)胺]、聚(3-己基噻吩-2，5-二基)、聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)中的至少一种。
作为示例，形成所述电子传输层的材料可以包括[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯、C60、氧化锡中的至少一种。
作为示例，形成所述空穴阻挡层的材料可以包括2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉或乙酰丙酮锆中的至少一种。
作为示例，形成所述电极层的材料可以包括银、铜、氧化物、碳电极中的至少一种。
本申请第四方面提供了一种制备钙钛矿太阳能电池的方法，包括：将所述离子液体、A源、B源、X源、溶剂混合形成前驱体溶液，将所述前驱体溶液形成在所述衬底的一侧，加热退火，以形成钙钛矿层；在所述钙钛矿层远离所述衬底的一侧形成电极层。
根据本申请的一些实施例，衬底可以为导电玻璃。将导电玻璃依次用去离子水、丙酮和异丙醇分别超声清洗，放入干燥箱干燥备用，将烘干的导电玻璃衬底放入紫外臭氧机器中处理，去除其表面的有机杂质，同时优化其表面浸润性。
根据本申请的一些实施例，将离子液体、A源、B源、X源、溶剂混合形成前驱体溶液，在惰性气体手套箱内，将所述前驱体溶液形成在所述衬底的一侧，例如，可通过旋涂将所述钙钛矿前驱体溶液形成在所述衬底的一侧，加热退火后，即可形成同时具有小分子离子液体、离子液体的聚合物以及钙钛矿材料的钙钛矿层。
根据本申请的一些实施例，所述加热退火的温度为100℃-150℃，所述加热退火的时间为30min-40min。
作为示例，所述加热退火的温度可以为100℃、110℃、120℃、130℃、140℃或150℃等，或可以为上述任意数值组成的范围。
作为示例，所述加热退火的时间可以为30min、32min、34min、36min、38min或40min等，或可以为上述任意数值组成的范围。
由此，通过使加热退火的温度和时间在上述范围，可以调控钙钛矿的成核与生长，同时促进离子液体之间的交联反应，形成高质量的钙钛矿晶体。
根据本申请的一些实施例，所述前驱体溶液中所述离子液体的质量占比可以为0.5mg/mL-3mg/mL。例如，可以为0.5mg/mL、1mg/mL、1.5mg/mL、2mg/mL、2.5mg/mL或3mg/mL等，或可以为上述任意数值组成的范围。由此，通过使前驱体溶液中离子液体的含量在上述范围，可以使离子液体在钙钛矿晶界处形成交联网络，提高钙钛矿薄膜质量。
根据本申请的一些实施例，所述方法在形成所述钙钛矿层之前，所述方法还可以包括：在所述衬底的一侧形成空穴传输层。形成所述空穴传输层的方法不受特别限制，作为示例，可以将含有空穴传输层材料的溶液涂覆在所述衬底上，以得到所述空穴传输层。
根据本申请的一些实施例，形成所述电极层之前，所述方法还可以包括：在所述钙钛矿层远离所述空穴传输层的一侧形成电子传输层，在所述电子传输层远离所钙钛矿层的一侧形成空穴阻挡层。
本申请第五方面提出了一种光伏组件，包括本申请第三方面提供的钙钛矿太阳能电池或本申请第四方面提供的方法制备的钙钛矿太阳能电池。
下面详细描述本申请的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
1、制备离子液体
氮气保护下，将双颈烧瓶中的4-(溴甲基)噻吩硼酸 (440mg，2mmol) 溶解在乙酸乙酯 (15mL）中。随后，将1-乙烯基咪唑 (0.226mL，2.5mmol)加入上述溶液中，于70°C回流24小时。反应结束后，经乙酸乙酯洗涤除去未反应的反应物，于45°C下真空干燥12小时，即得到离子液体IL-1(508 mg，1.6mmol)，产率为81%。
1H NMR (500 MHz, Chloroform-d) δ 9.88 (t,J= 1.7 Hz, 1H), 7.85 (dd,J=1.8, 2.8 Hz, 1H), 7.79 (dd,J= 1.7, 2.7 Hz, 1H), 7.56 (d,J= 7.1 Hz, 1H), 7.23(t,J= 9.1 Hz, 1H), 6.94 (d,J= 7.1 Hz, 1H), 6.07 (s, 2H), 5.11 (dd,J= 2.0, 9.2Hz, 1H), 4.98 (dd,J= 2.1, 9.1 Hz, 1H). HRMS (ESI/Q-TOF, m/z): Calcd for [M-Br-]+C10H12BN2O2S+: 235.0707, found: 235.0699.
2、制备钙钛矿太阳能电池
将TCO导电玻璃依次用去离子水、丙酮和异丙醇分别超声清洗15min，最后放入干燥箱75℃干燥备用；将烘干的TCO导电玻璃衬底放入紫外臭氧机器中处理5min，去除其表面的有机杂质，同时优化其表面浸润性；
将1 mg [2-(9H-咔唑-9-基)乙基]磷酸溶解在1 mL乙醇中，常温搅拌至完全溶解，得到有机空穴传输材料溶液；取30μL的有机空穴传输材料溶液，滴加在处理后的TCO导电玻璃上，以5000 rpm转速下旋涂30 s，将涂有空穴传输材料的TCO导电玻璃放在热台上100℃加热退火10 min，即可形成空穴传输层；
将722.08 mg碘化铅、238.50 mg碘甲胺和离子液体IL-1溶解在1mL的N, N-二甲基甲酰胺（DMF）中，常温搅拌至完全溶解，得到钙钛矿前驱体溶液，离子液体的质量占比为1.5mg/mL；
在氮气手套箱中，取30μL钙钛矿前驱体溶液滴加到形成空穴传输层的TCO导电玻璃上，先以1000 rpm转速旋涂10s，再以5000 rpm转速旋涂30 s，此过程25 s时快速滴加125μL氯苯，然后将TCO导电玻璃放到热台上100 ℃加热退火40 min，即可形成钙钛矿层；
将20 mg甲烷富勒烯苯基-C61-丁酸-甲酯（PCBM）溶解在1mL氯苯中，常温搅拌，得到[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯溶液；
取30μL[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯溶液滴加到形成有钙钛矿层的TCO导电玻璃上，以3000 rpm旋涂60 s，形成电子传输层；
将0.5 mg的2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉（BCP）溶解在1mL异丙醇中，常温搅拌，即得空穴阻挡层溶液；取40μL空穴阻挡层溶液滴加到电子传输层的上方，以5000rpm旋涂35 s，形成空穴阻挡层；
将形成有空穴阻挡层、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层的TCO导电玻璃转移到真空镀膜仪器中，待其真空度抽到3×10-4Pa时蒸镀银电极，形成厚度为100nm的银电极，即得电极层。
实施例2
钙钛矿太阳能电池的制备方法同实施例1，所不同的是，离子液体的制备方法为：
氮气保护下，将双颈烧瓶中的4-(溴甲基)-2-氟苯硼酸 (464 mg, 2 mmol) 溶解在乙酸乙酯 (15 mL）中。随后，将1-乙烯基咪唑 (0.226 mL，2.5 mmol) 加入上述溶液中，于70°C回流24小时。反应结束后，经乙酸乙酯洗涤除去未反应的反应物，于45°C下真空干燥12小时，即得到所述离子液体IL-2(580 mg, 1.8 mmol) ，产率为89%。
1H NMR (500 MHz, Chloroform-d) δ 7.82 (dt,J= 1.5, 3.0 Hz, 2H), 7.66(dd,J= 4.9, 8.4 Hz, 1H), 7.61 (s, 1H), 7.23 (t,J= 14.5 Hz, 1H), 7.05 (dq,J=1.1, 8.4 Hz, 1H), 6.80 (dq,J= 1.1, 8.1 Hz, 1H), 6.05 (t,J= 1.0 Hz, 2H), 5.21(dd,J= 2.0, 14.7 Hz, 1H), 4.98 (dd,J= 2.0, 14.5 Hz, 1H). HRMS (ESI/Q-TOF, m/z): Calcd for [M-Br-]+C12H13BFN2O2 +: 247.1049, found: 247.1053.
实施例3
钙钛矿太阳能电池的制备方法同实施例1，所不同的是，离子液体的制备方法为：
氮气保护下，将双颈烧瓶中的4-(溴甲基)-2-氟苯硼酸 (500 mg, 2 mmol) 溶解在乙酸乙酯 (15 mL）中。随后，将1-乙烯基咪唑 (0.226 mL，2.5 mmol) 加入上述溶液中，于70°C回流24小时。反应结束后，经乙酸乙酯洗涤除去未反应的反应物，于45°C下真空干燥12小时，即得到所述离子液体IL-3(480 mg，1.4 mmol) ，产率为71%。
1H NMR (500 MHz, Chloroform-d) δ 7.85 – 7.79 (m, 2H), 7.52 (s, 2H),7.27 – 7.18 (m, 2H), 6.85 (ddt,J= 0.9, 4.9, 7.9 Hz, 1H), 6.07 (d,J= 1.0 Hz,2H), 5.21 (dd,J= 2.0, 14.6 Hz, 1H), 4.98 (dd,J= 2.0, 14.5 Hz, 1H). HRMS (ESI/Q-TOF, m/z): Calcd for [M-Br-]+C12H12BF2N2O2 +: 265.0954, found: 265.0950.
实施例4
钙钛矿太阳能电池的制备方法同实施例1，离子液体的制备方法同实施例2，所不同的是，将原料4-(溴甲基)-2-氟苯硼酸替换为，所得离子液体IL-4为。
1H NMR (500 MHz, Chloroform-d) δ 9.63 (t,J= 1.7 Hz, 1H), 8.50 (dd,J=2.5, 1.7 Hz, 1H), 7.88 – 7.83 (m, 1H), 7.75 (s, 2H), 7.22 (t,J= 9.1 Hz, 1H),5.11 (dd,J= 9.2, 2.0 Hz, 1H), 4.98 (dd,J= 9.1, 2.1 Hz, 1H), 4.41 (ddd,J= 7.4,5.1, 2.4 Hz, 2H), 4.32 (dd,J= 5.2, 2.4 Hz, 2H). HRMS (ESI/Q-TOF, m/z): Calcdfor [M-Br-]+C11H12BN2O4S+: 279.0605, found: 279.0601.
实施例5
钙钛矿太阳能电池的制备方法同实施例1，离子液体的制备方法同实施例2，所不同的是，将原料4-(溴甲基)-2-氟苯硼酸替换为，所得离子液体IL-5为。
1H NMR (500 MHz, Chloroform-d) δ 8.90 (dd,J= 2.9, 1.6 Hz, 2H), 7.90(dd,J= 3.1, 1.7 Hz, 1H), 7.66 (d,J= 10.1 Hz, 1H), 7.33 (s, 2H), 7.27 (d,J=10.1 Hz, 1H), 7.21 (t,J= 9.1 Hz, 1H), 5.11 (dd,J= 9.2, 2.0 Hz, 1H), 4.98 (dd,J= 9.1, 2.1 Hz, 1H). HRMS (ESI/Q-TOF, m/z): Calcd for [M-Br-]+C11H10BN4O2S+:273.0612, found: 273.0604.
实施例6
钙钛矿太阳能电池的制备方法同实施例1，离子液体的制备方法同实施例2，所不同的是，将原料4-(溴甲基)-2-氟苯硼酸替换为，所得离子液体IL-6为。
1H NMR (500 MHz, Chloroform-d) δ 9.97 (d,J= 1.8 Hz, 1H), 8.78 (dd,J=2.5, 1.7 Hz, 1H), 8.23 (s, 1H), 7.89 (dd,J= 2.5, 1.7 Hz, 1H), 7.25 – 7.18 (m,2H), 6.97 (s, 2H), 5.11 (dd,J= 9.2, 2.0 Hz, 1H), 4.98 (dd,J= 9.1, 2.1 Hz,1H). HRMS (ESI/Q-TOF, m/z): Calcd for [M-Br-]+C11H10BN2O2S2 +: 273.0271, found:273.0265.
实施例7
钙钛矿太阳能电池的制备方法同实施例1，离子液体的制备方法同实施例2，所不同的是，将原料4-(溴甲基)-2-氟苯硼酸替换为，所得离子液体IL-7为。
1H NMR (500 MHz, Chloroform-d) δ 9.97 (t,J= 1.8 Hz, 1H), 8.78 (dd,J=2.5, 1.7 Hz, 1H), 8.41 (s, 1H), 7.92 – 7.88 (m, 1H), 7.22 (t,J= 9.1 Hz, 1H),7.07 (s, 1H), 6.99 (s, 2H), 5.11 (dd,J= 9.2, 2.0 Hz, 1H), 4.98 (dd,J= 9.1,2.1 Hz, 1H). HRMS (ESI/Q-TOF, m/z): Calcd for [M-Br-]+C13H10BN2O2S3 +: 332.9992,found: 332.9995.
实施例8
钙钛矿太阳能电池的制备方法同实施例1，离子液体的制备方法同实施例2，所不同的是，将原料4-(溴甲基)-2-氟苯硼酸替换为，所得离子液体IL-8为。
1H NMR (500 MHz, Chloroform-d) δ 8.53 (dd,J= 2.9, 1.6 Hz, 1H), 7.89(dd,J= 3.0, 1.7 Hz, 1H), 7.85 (s, 3H), 7.28 (s, 2H), 7.20 (t,J= 9.1 Hz, 1H),5.11 (dd,J= 9.2, 2.0 Hz, 1H), 4.98 (dd,J= 9.1, 2.1 Hz, 1H). HRMS (ESI/Q-TOF,m/z): Calcd for [M-Br-]+C11H12N2O3P+: 251.0580, found: 251.0577.
对比例1
制备钙钛矿太阳能电池
将TCO导电玻璃依次用去离子水、丙酮和异丙醇分别超声清洗15min，最后放入干燥箱75℃干燥备用；将烘干的TCO导电玻璃衬底放入紫外臭氧机器中处理5min，去除其表面的有机杂质，同时优化其表面浸润性；
将1 mg [2-(9H-咔唑-9-基)乙基]磷酸溶解在1 mL乙醇中，常温搅拌至完全溶解，得到有机空穴传输材料溶液；取30μL的有机空穴传输材料溶液，滴加在处理后的TCO导电玻璃上，以5000 rpm转速下旋涂30 s，将涂有空穴传输材料的TCO导电玻璃放在热台上100℃加热退火10 min，即可形成空穴传输层；
将722.08 mg碘化铅、238.50 mg碘甲胺溶解在1mL的N, N-二甲基甲酰胺（DMF）中，常温搅拌至完全溶解，得到钙钛矿前驱体溶液；
在氮气手套箱中，取30μL钙钛矿前驱体溶液滴加到形成空穴传输层的TCO导电玻璃上，先以1000 rpm转速旋涂10s，再以5000 rpm转速旋涂30 s，此过程25 s时快速滴加125μL氯苯，然后将TCO导电玻璃放到热台上100 ℃加热退火40 min，即可形成钙钛矿层；
将20 mg甲烷富勒烯苯基-C61-丁酸-甲酯（PCBM）溶解在1mL氯苯中，常温搅拌，得到[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯溶液；
取30μL[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯溶液滴加到形成有钙钛矿层的TCO导电玻璃上，以3000 rpm旋涂60 s，形成电子传输层；
将0.5 mg的2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉（BCP）溶解在1mL异丙醇中，常温搅拌，即得空穴阻挡层溶液；取40μL空穴阻挡层溶液滴加到电子传输层的上方，以5000rpm旋涂35 s，形成空穴阻挡层；
将形成有空穴阻挡层、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层的TCO导电玻璃转移到真空镀膜仪器中，待其真空度抽到3×10-4Pa时蒸镀银电极，形成厚度为100nm的银电极，即得电极层。
性能测试
1、短路电流（Jsc）、开路电压（Voc）、填充因子（FF）和光电转换效率（Eff）测试方法：采用GB 11009-1989进行太阳能电池光谱响应测试，采用GB 12632-1990进行单晶电池测试，采用GBT 6495.1-1996进行太阳能电池的光伏电流电压特性测试，具体条件为25℃、AM1.5G光谱、1000 W/cm2光强极性测试。
2、稳定性测试方法：采用ISOS-L-2进行最大功率点跟踪(MPPT)，测试太阳能电池稳定性，具体条件为85℃、AM1.5 G光谱、100 mW/cm2光强。
实施例1-实施例8、对比例1中的钙钛矿太阳能电池的测试结果见表1。
表1
结论：由实施例1-8与对比例1相比，本申请制备的钙钛矿太阳能电池具有较高的开路电压、短路电流、填充因子以及光电转换效率，且具有优异的高温稳定性，说明本申请通过在钙钛矿层中加入离子液体，可提高钙钛矿层的质量，提高钙钛矿层在高温条件下的稳定性。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (17)

1.一种离子液体，其特征在于，包括：
，
其中，R1包括烷基链；
R2包括-COOH、-B(OH)2、-PO(OH)2、-CF3、-NH2、-SO3H中的至少一种；
Ar包括含有取代基的芳杂环。
2.根据权利要求1所述的离子液体，其特征在于，满足以下条件的至少之一：
（1）R1包括1个-18个碳原子的烷基链中的一种；
（2）R2包括-B(OH)2或-PO(OH)2中的至少一种；
（3）Ar包括式1、式2、式3、式4、 式5、式6、式7、式8、氟苯、苯环中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的离子液体，其特征在于，满足以下条件的至少之一：
（1）R1包括1个-4个碳原子的烷基链中的一种；
（2）Ar包括式1、 式5-1、式5-2中的至少一种。
4.一种制备权利要求1-3任一项所述的离子液体的方法，其特征在于，包括：
将乙烯基咪唑、R2-Ar-R1-Br、溶剂混合，加热回流，干燥，以获得所述离子液体。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述乙烯基咪唑与所述R2-Ar-R1-Br的摩尔比为1：（1.1-2）。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述乙烯基咪唑与所述R2-Ar-R1-Br的摩尔比为1：（1.1-1.5）。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述加热回流的温度为50℃-70℃，所述加热回流的时间为12h-24h。
8.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括：
衬底；
钙钛矿层，所述钙钛矿层设置在所述衬底的一侧，所述钙钛矿层包括钙钛矿材料和添加剂，所述添加剂包括权利要求1-3任一项所述的离子液体以及所述离子液体形成的聚合物；
电极层，所述电极层设置在所述钙钛矿层远离所述衬底的一侧。
9.根据权利要求8所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述添加剂与所述钙钛矿材料的摩尔比为（1-10）：150。
10.根据权利要求9所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述添加剂与所述钙钛矿材料的摩尔比为（3-5）：150。
11.根据权利要求9所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池还包括：
空穴传输层，所述空穴传输层位于所述衬底与所述钙钛矿层之间；
电子传输层，所述电子传输层位于所述钙钛矿层远离所述空穴传输层的一侧；
空穴阻挡层，所述空穴阻挡层位于所述电子传输层远离所钙钛矿层的一侧，所述电极层位于所述空穴阻挡层远离所述电子传输层的一侧。
12.根据权利要求11所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，满足以下条件的至少之一：
所述钙钛矿材料包括ABX3，其中，A包括Cs+、MA+(CH3NH3 +)、FA+(CH(NH2)2 +)、Rb+中的至少一种，B包括Pb2+、Sn2+、Mn2+中的至少一种，X包括卤素离子中的至少一种；
形成所述空穴传输层的材料包括[2-(9H-咔唑-9-基)乙基]磷酸、[4-(9H-咔唑-9-基)丁基]磷酸、[4-(3，6-二甲基-9H-咔唑-9-基)丁基]磷酸、[2-(3，6-二甲基-9H-咔唑-9-基)乙基]磷酸、[2-(3，6-二叔丁基-9H-咔唑-9-基)乙基]磷酸、[4-(3，6-二溴-9H-咔唑-9-基)丁基]磷酸、聚[双(4-苯基) (2，4，6-三甲基苯基)胺]、聚(3-己基噻吩-2，5-二基)、聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)中的至少一种；
形成所述电子传输层的材料包括[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯、C60、氧化锡中的至少一种；
形成所述空穴阻挡层的材料包括2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉或乙酰丙酮锆中的至少一种；
形成所述电极层的材料包括银、铜、氧化物、碳电极中的至少一种。
13.一种制备权利要求8-12任一项所述的钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，包括：
将离子液体、A源、B源、X源、溶剂混合形成前驱体溶液，将所述前驱体溶液形成在所述衬底的一侧，加热退火，以形成所述钙钛矿层；
在所述钙钛矿层远离所述衬底的一侧形成电极层。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述前驱体溶液中所述离子液体的质量占比为0.5mg/mL-3mg/mL。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述加热退火的温度为100℃-150℃，所述加热退火的时间为30min-40min。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述衬底和所述钙钛矿层之间形成空穴传输层；
在所述钙钛矿层远离所述空穴传输层的一侧形成电子传输层；
在所述电子传输层远离所钙钛矿层的一侧形成空穴阻挡层；
在所述空穴阻挡层远离所述电子传输层的一侧形成所述电极层。
17.一种光伏组件，其特征在于，包括权利要求8-12任一项所述的钙钛矿太阳能电池或权利要求13-16任一项所述的方法制备的钙钛矿太阳能电池。
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