CN114975790A - 一种离子液体修饰双界面的钙钛矿太阳电池及其制备方法和应用 - Google Patents

一种离子液体修饰双界面的钙钛矿太阳电池及其制备方法和应用 Download PDF

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CN114975790A CN202210685762.4A CN202210685762A CN114975790A CN 114975790 A CN114975790 A CN 114975790A CN 202210685762 A CN202210685762 A CN 202210685762A CN 114975790 A CN114975790 A CN 114975790A
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Abstract

本发明具体涉及一种离子液体修饰双界面的钙钛矿太阳电池及其制备方法和应用。其中，离子液体修饰双界面的钙钛矿太阳电池，包括依次叠设的透明导电衬底、电子传输层或空穴电子传输层、离子液体双界面修饰层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层或电子传输层、顶电极层；其中，离子液体双界面修饰层为咪唑阳离子及其衍生物中的一种或多种。本发明的离子液体修饰双界面的引入，促进了电子(空穴)传输层/钙钛矿光吸收层界面电荷的提取与传递，优化了能级排列；同时促进了钙钛矿晶粒择优垂直取向生长，晶粒尺寸得到提高，表面晶界缺陷减少，非辐射复合中心被显著抑制，从而钙钛矿太阳电池的光电性能得到了极大地提高。

Description

一种离子液体修饰双界面的钙钛矿太阳电池及其制备方法和 应用
技术领域
本发明属于光电子材料与技术领域，具体涉及一种离子液体修饰双界面的钙钛矿太阳电池及其制备方法和应用。
背景技术
随着重工业的日益发达，煤炭石油等不可再生资源频频告急，能源问题日益成为国际社会经济发展的瓶颈，加之对不可再生资源的不当使用，环境问题愈发严重，人类生存受到极大威胁；太阳能等环保可再生资源日益受到人类关注，太阳能电池是人类社会应对能源枯竭危机、解决环境污染问题的重要途径。
钙钛矿太阳电池由于其优异的光电性能，如带隙可调、成本低、易操作等成为了光伏领域的热门研究，短短几年间，其光电转化效率已经超过25.5％。制约无机电子传输材料发展的关键因素是复杂的高温制备工艺和较低的电子迁移率，经研究，这种高温烧结工艺是不可避免地，而电子迁移率可以通过元素掺杂或界面修饰的方法进行协调优化，从而与钙钛矿光吸收层有更好的能级匹配，促进电子传输层/钙钛矿光吸收层界面电荷提取与转移，极大地提高了钙钛矿太阳电池的光伏性能。
离子液体如咪唑类、哌啶类、季铵类作为界面修饰剂已广泛应用于钙钛矿太阳电池中，在提升电子传输层薄膜质量、钝化钙钛矿薄膜Pb和I空位缺陷上表现优异，经修饰后的钙钛矿太阳能电池光电性能和环境稳定性上得到显著提高。本发明研究首次证明HSO4 -阴离子和BMIM+阳离子在促进钙钛矿晶粒生长、优化能级排列，促进界面电荷提取与转移的协同作用，将比于传统的钙钛矿太阳电池结构，离子液体界面修饰的器件性能稳定性都有一定的提升。
发明内容
基于现有技术中存在的针对无机电子传输层的电子迁移率低，与钙钛矿光活性层的能级排列差，从而降低薄膜的稳定性和器件效率的问题。本发明的目的是提供一种离子液体修饰双界面的钙钛矿太阳电池及其制备方法和应用。
为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种离子液体修饰双界面的钙钛矿太阳电池，包括依次叠设的透明导电衬底、电子传输层或空穴电子传输层、离子液体双界面修饰层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层或电子传输层、顶电极层；
其中，离子液体双界面修饰层为咪唑阳离子及其衍生物中的一种或多种。
作为优选方案，所述透明导电衬底为ITO、FTO、PEN基柔性导电电极、PET基柔性导电电极中的一种。
作为优选方案，所述电子传输层为ZnO、TiO2、SnO2、Al2O3、ZrO2、富勒烯衍生物中的一种或多种，厚度为1-100nm。
作为优选方案，所述空穴传输层为Spiro-OMeTAD、PEDOT:PSS、PTAA、NiOx、CuSCN、NiCo2O4的一种或多种，厚度为1-100nm。
作为优选方案，所述钙钛矿光吸收层为ABXmY3-m晶体，其中，A为有机阳离子或Cs+，B为Pb2+，X、Y为I-、Br-、Cl-中的不同种类，m范围为0-3。
作为优选方案，所述顶电极为Au、Ag、Pt、Al、碳中的一种，厚度为80-100nm。
本发明还提供如上任一项方案所述的钙钛矿太阳电池的制备方法，包括如下步骤：
(1)清洗导电基板，作为透明导电衬底；
(2)透明导电衬底之上制备电子传输层或空穴传输层；
(3)将离子液体旋涂在步骤(2)制得的电子传输层或空穴传输层之上，得到离子液体层；
(4)将钙钛矿前驱体溶液旋涂在离子液体层上，得到离子液体双界面修饰层和钙钛矿光吸收层；
(5)在钙钛矿光吸收层之上制备空穴传输层或电子传输层；
(6)在步骤(5)制得的空穴传输层或电子传输层热沉积得到顶电极，还在透明导电衬底热沉积得到顶电极，得到钙钛矿太阳电池。
作为优选方案，所述离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑阳离子和硫酸氢根阴离子按照化学计量比分散于有机溶剂中制得，浓度为0.5-20mg/mL。
作为优选方案，所述步骤(3)中，离子液体旋涂前在低温15-30℃下搅拌30-120min，旋涂参数为500-5000rpm，时间为5-60s；旋涂完成后，60-120℃下退火10-30min。
本发明还提供如上任一项方案所述的钙钛矿太阳电池的应用，用作光伏太阳电池。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明采用BMIMHSO4离子液体修饰双界面的方法制备钙钛矿太阳电池，具体的是使电子(空穴)传输层和钙钛矿光吸收层薄膜质量均得到提高。离子液体界面层的引入促进了电子(空穴)传输层/钙钛矿光吸收层界面电荷的提取与传递，优化了能级排列；同时促进了钙钛矿晶粒择优垂直取向生长，晶粒尺寸得到提高，表面晶界缺陷减少，非辐射复合中心被显著抑制，从而钙钛矿太阳电池的光电性能得到了极大地提高。
本发明提供一种钙钛矿优化的普遍思路，离子液体的阴阳离子具备极大的可调整性，研究者可根据实际应用要求优化离子液体组分或赋予阴阳离子功能化，从而进一步提升钙钛矿电池的光电转化效率和环境稳定性。
附图说明
图1是本发明的钙钛矿太阳电池的结构示意图；
图2是本发明的BMIMHSO4界面修饰前(对比例1)和界面修饰后(实施例1)制备的钙钛矿太阳电池的伏安特性曲线；
图3是本发明实施例1中BMIMHSO4界面修饰前和界面修饰后的扫描电镜图；
图4是本发明实施例1中BMIMHSO4界面修饰前和界面修饰后的X射线衍射图；
图5是本发明实施例1中BMIMHSO4界面修饰前和界面修饰后的时间分辨光致发光谱。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步解释说明。
如图1所示，本发明的钙钛矿太阳电池，包括五层功能层，由下到上依次为下透明导电衬底层、电子传输层/空穴传输层、离子液体双界面修饰层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层/电子传输层、顶电极层。其中，“/”的含义为“或”。
其中，电子传输层、离子液体双界面修饰层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层均通过低温溶液法制备成膜。
本发明的高效稳定的钙钛矿太阳能电池，将1-丁基-3-甲基咪唑阳离子和硫酸氢根阴离子按照化学计量比，即BMIMHSO4，按照一定的浓度比溶解于有机溶液中，制备出离子液体分散液；
(2)BMIMHSO4离子液体单分子层作用于电子传输层或空穴传输层，提升电子(空穴)传输层与钙钛矿光吸收层界面质量、优化能级排列，从而提高钙钛矿电池性能。
具体的制备过程，包括以下步骤：
步骤1)清洗导电基板。首先用洗涤剂、丙酮、乙醇和异丙醇等溶剂依次清洗透明导电衬底，清洗好的衬底在加热台上干燥，并在使用前通过紫外线臭氧进行再清洁。
步骤2)制备电子传输层或空穴传输层。在步骤1)所清洗好的透明导电衬底上，采用旋涂法将电子传输层或空穴传输层材料配制而成的前驱体溶液在表面均匀涂布，旋涂完成后在一定温度下热退火20-40min。
步骤3)配制BMIMHSO4离子液体分散液。将离子液体以一定浓度溶解在有机溶剂中，室温15-30℃条件下搅拌30-120min。
步骤4)配制钙钛矿前驱体溶液。将一定量的钙钛矿组分配制成钙钛矿前驱体溶液，避光条件下在50-150℃条件下至少搅拌30min。
步骤5)制备钙钛矿光吸收层。将所制备的钙钛矿前驱体溶液分一步或两步法涂在步骤3)处理好的衬底上，一步旋涂法在程序结束前10-20s将约300μL的反溶剂快速滴在衬底中心以诱导快速结晶；二步旋涂法将钙钛矿前体溶液分别配制，旋涂过程不需要反溶剂。然后将所制备的钙钛矿薄膜放在加热台上促进钙钛矿结晶。
步骤6)制备空穴传输层或电子传输层。待步骤5)冷却至室温后，采用旋涂法将空穴传输层或电子传输层材料配制而成的前驱体溶液在钙钛矿薄膜表面均匀涂布。
步骤7)最后通过热蒸发沉积出金属电极。
上述步骤1)中的透明导电衬底为铟掺杂的二氧化锡(ITO)或氟掺杂的二氧化锡(FTO)导电玻璃衬底或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基柔性导电电极、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)基柔性导电电极等导电柔性衬底，清洗时间为每个20-30min，紫外线臭氧处理时间为45min。
上述步骤2)电子传输层为ZnO、TiO2、SnO2、Al2O3、ZrO2或富勒烯衍生物中的一种或多种，厚度为1-100nm。电子传输层的作用是传输电子，阻挡空穴，同时避免电极与钙钛矿光吸收层直接接触。空穴传输层为Spiro-OMeTAD、PEDOT:PSS、PTAA等有机材料或NiOx、CuSCN、NiCo2O4等无机金属化合物，厚度为1-100nm。空穴传输层的作用是传输空穴，阻挡电子，同时避免电极与钙钛矿光吸收层直接接触。
上述步骤3)BMIMHSO4离子液体按照0.5-20mg/ml的浓度溶解在有机溶剂中，配制离子液体的分散液，旋转涂布制备离子液体界面层，在60-120℃下退火10-30min，得到厚度为1-20nm的离子液体界面层；
上述步骤4)钙钛矿前驱体溶液采用的是具有钙钛矿结构ABX3的晶体结构作为主体，其中A为有机阳离子、Cs+等，B为Pb2+，X为I-、Br-或Cl-中的一种或多种。
上述步骤5)采用的一步连续旋涂法或两步旋涂法制备钙钛矿吸光层，加热台的加热温度为80-170℃，加热时间至少10-40min。
上述步骤6)空穴传输层为Spiro-OMeTAD、PEDOT:PSS、PTAA等有机材料或NiOx、CuSCN、NiCo2O4等无机金属化合物，厚度为1-100nm。空穴传输层的作用是传输空穴，阻挡电子，同时避免电极与钙钛矿光吸收层直接接触。或电子传输层为ZnO、TiO2、SnO2、Al2O3、ZrO2或富勒烯衍生物中的一种或多种，厚度为1-100nm。电子传输层的作用是传输电子，阻挡空穴，同时避免电极与钙钛矿光吸收层直接接触。
上述步骤7)沉积的金属电极为Au、Ag、Pt、Al或碳中的一种，厚度为80-100nm。
实施例1：
本实施例的钙钛矿太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
1)将商业FTO经洗涤剂、丙酮、乙醇中超声清洗20min，然后用异丙醇进一步清洗，将FTO玻璃放在匀胶机上以5000rpm的速度旋涂20s，100℃下退火5min，转移至紫外臭氧光清洗机照射45min。
2)制备电子传输层。配制电子传输层前驱体溶液：分别配制浓度为75mg/ml、150mg/ml的钛酸异丙酯/乙醇溶液，将洗净的FTO玻璃放在匀胶机上，将75mg/ml的钛酸异丙酯/乙醇溶液，以2000rpm的速度旋涂20s，在150℃下退火30min；接着将150mg/ml钛酸异丙酯/乙醇溶液，以4000rpm的速度旋涂20s，转移至高温加热台，高温加热台以5℃/min的速度升温至450℃，持续退火40min。
3)制备离子液体界面层。配制离子液体分散液：配制浓度为2mg/ml的BMIMHSO4/乙醇离子液体分散液，20℃下搅拌60min，使离子液体充分分散，在3000rpm条件下旋涂30s，再在100℃的热台上退火15min，所得BMIMHSO4界面层厚度为3nm。
4)制备钙钛矿薄膜。配制钙钛矿前驱体溶液：将PbI2与MAI按照摩尔比1：1，溶解在体积比为19：1的DMF与DMSO的混合液，在60℃下加热搅拌30min，充分溶解，然后将钙钛矿前驱液以2000rpm、10s，4000rpm、25s连续旋涂在离子液体界面层上，在程序结束前15s时滴加300μL反溶剂乙酸乙酯，然后在100℃热台上退火30min，制得平整、均一的钙钛矿薄膜。
5)制备空穴传输层。配制空穴传输层前驱体溶液：将72.3mg的Spiro-OMeTAD溶解在1ml的氯苯中，将LiTFSI以520mg/ml的浓度溶解在乙腈溶液中，取17.5μL的锂盐溶液添加至Spiro-OMeTAD溶液中，取28.8μL的TBP溶液添加至Spiro-OMeTAD溶液中，在室温下搅拌2h，使spiro-OMeTAD充分氧化，以4000rpm的速度旋转涂布30s。
6)利用真空蒸镀仪，在空穴传输层上蒸镀80nm的金属电极Ag，得到钙钛矿太阳电池。
对钙钛矿薄膜和钙钛矿太阳电池进行测试表征，结果表明：
(1)本实施例的离子液体，减少了界面的陷阱态缺陷和载流子复合中心，即起到界面修饰并且可以显著提高钙钛矿太阳电池的光电性能。从图2可知：提高器件在实际应用的开路电压、短路电流及填充因子。BMIMHSO4界面修饰前Jsc＝22.82mA/cm2、Voc＝1.05V、FF＝63.20％、PCE＝15.14％；修饰后Jsc＝23.56mA/cm2、Voc＝1.09V、FF＝74.21％、PCE＝19.05％。提高了钙钛矿太阳电池的光电响应性能。
(2)本实施例的离子液体，促进钙钛矿的晶粒生长，合理调控钙钛矿薄膜的形貌，从图3可知，减少了晶界和表面浅层缺陷，获得平整的钙钛矿薄膜，最终提高了钙钛矿太阳电池的光电性能。
(3)本实施例在离子液体的协同催化作用下有很好的界面钝化、Pb和I离子空位钝化作用，从图4可以看出，PbI2的峰被显著的抑制，同时110峰强得到大幅增强，表明BMIMHSO4界面修饰后更有利于钙钛矿的垂直结晶生长，钙钛矿的晶相稳定性得到提高。
(4)本实施例的离子液体，促进电荷由钙钛矿层向电子传输层的传递，载流子被极大的猝灭，从图5中可以看出，经修饰后的衰减寿命显著降低，表明界面电荷被极大地猝灭，更快的电荷提取和传输，最终提升了钙钛矿太阳电池的光电性能。
综上，本实施例的离子液体是由1-丁基-3-甲基咪唑(BMIM+)阳离子和硫酸氢根(HSO4 -)阴离子组成，作用于电子(空穴)传输层/钙钛矿光吸收层界面，优化电子(空穴)传输层的能级排列，促进界面电荷/空穴的提取与传输，减少了界面载流子复合中心；同时可钝化钙钛矿薄膜的Pb和I空位缺陷，促进钙钛矿晶粒垂直结晶，提高其光电性能和环境稳定性，从而提高钙钛矿太阳电池的性能。该工艺过程简单，重复性高，可在环境中制备，并且可根据实际应用要求优化离子组分，以最大程度发挥钙钛矿薄膜光电性能，实现优异的器件性能。
实施例2：
本实施例的钙钛矿太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
1)将商业ITO经洗涤剂、丙酮、乙醇中超声清洗20min，然后用异丙醇进一步清洗，将ITO玻璃放在匀胶机上以5000rpm的速度旋涂20s，100℃下退火5min，转移至紫外臭氧光清洗机照射45min。
2)制备电子传输层。配制电子传输层前驱体溶液：配制体积比为1：6的SnO2胶体/去离子水稀释液(质量分数2.14wt％)，然后在预清洁的ITO玻璃上以4000rpm的速度旋涂30s，旋涂完成后在150℃下热退火30min。当玻璃基板冷却到室温后，将ITO玻璃基板再次放到紫外线臭氧中处理15min。
3)制备离子液体界面层。配制离子液体分散液。配制浓度为8mg/ml的BMIMHSO4/乙醇离子液体分散液，20℃下搅拌60min，使离子液体充分分散，以3000rpm的速度旋涂30s，再在80℃的热台上退火30min，所得BMIMHSO4界面层厚度为7nm。
4)制备钙钛矿薄膜。配制钙钛矿前驱体溶液：将MAX、PbX2(其中X为I、Br或Cl中的一种)以1：1的摩尔比溶解在体积比为4：1的DMF与DMSO的混合液，在60℃下加热搅拌30min，充分溶解，然后将钙钛矿前驱液以2000rpm、10s，4000rpm、25s两步连续旋涂在离子液体界面层上，在程序结束前12s时滴加300μL反溶剂乙酸乙酯，然后再100℃热台上退火30min，制得平整、均一的钙钛矿薄膜。
5)制备空穴传输层。配制空穴传输层前驱体溶液：将65mg的Spiro-OMeTAD溶解在1ml的氯苯中，将LiTFSI以170mg/ml的浓度溶解在乙腈溶液中，将FK209以150mg/ml的浓度溶解在乙腈溶液中，取70μL的锂盐溶液添加至Spiro-OMeTAD溶液中，取50μL的FK209溶液添加至Spiro-OMeTAD溶液中，取20μL的TBP溶液添加至Spiro-OMeTAD溶液中，在室温下搅拌2h，使spiro-OMeTAD充分氧化，以4000rpm的速度旋转涂布30s。
6)利用真空蒸镀仪，在空穴传输层上蒸镀90nm的金属电极Ag，得到钙钛矿太阳电池。
对BMIMHSO4修饰双界面的钙钛矿太阳电池进行相关测试表征，所得结果与实施例1类似。与对比电池相比，采用BMIMHSO4修饰双界面之后钙钛矿太阳能电池具备更高的能量转换效率与电荷传递效率。
实施例3：
本实施例的钙钛矿太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
1)清洗电极。将商业ITO经洗涤剂、丙酮、乙醇中超声清洗20min，然后用异丙醇进一步清洗，将ITO玻璃放在匀胶机上以5000rpm的速度旋涂20s，100℃下退火5min，转移至紫外臭氧光清洗机照射45min。
2)制备空穴传输层。首先，配制空穴传输层前驱体溶液，即称取290.8mg六水合硝酸镍溶解于10mL的2-甲氧基乙醇中，在50℃的热台上搅拌1h，加入100μL的乙酰丙酮，继续在室温下搅拌一夜，得到淡蓝色的透明溶液，之后进行一步旋涂，在3000rpm下旋涂45s，旋涂完成后在150℃的热台上热处理60min，获得NiOx空穴传输层。
3)制备离子液体界面层。首先，配制离子液体分散液，配制浓度为5mg/ml的1-乙基-3-甲基咪唑硫酸氢盐[EMIMHSO4]/异丙醇溶液离子液体分散液，20℃下搅拌45min，使离子液体充分分散，以5000rpm的速度旋涂30s，再在80℃的热台上退火40min，所得EMIMHSO4界面层厚度为4nm。
4)制备钙钛矿薄膜。配制钙钛矿前驱体溶液：以卤化铅(PbX2，其中X为I、Br或Cl中的一种)、甲脒氢卤酸盐(FAX)、卤化铅(PbY2，其中Y为I、Br、或Cl中的一种，且与X不同)和甲基卤化铵(MAY)为钙钛矿前驱体，它们的摩尔浓度依次为1.2M、1.1M、0.25M、0.25M，然后将碘化铯(CsI)溶于1.8M二甲基亚砜(DMSO)原液中并引入到前驱体溶液中，再在无水DMF和无水DMSO的混合溶剂中(体积比为4：1)制备了Cs0.1(FAaMA1-a)0.9Pb(XbY1-b)3(a、b均为大于0小于1的常数)钙钛矿前驱体溶液。在60℃下加热搅拌30min，充分溶解，然后将钙钛矿前驱液以2500rpm、10s，5000rpm、30s一步连续旋涂在离子液体界面层上，在程序结束前15s时滴加300μL反溶剂乙酸乙酯，然后再150℃热台上退火30min，制得平整、均一的钙钛矿薄膜。
5)制备电子传输层。配制电子传输层前驱体溶液，配制浓度为20mg/ml的PCBM/氯苯溶液，60℃下搅拌24h以上，并在使用时进行过滤处理。此外，配制浓度为0.5mg/ml的BCP/IPA溶液。先在2000rpm旋涂30s的PCBM溶液，再在5000rpm旋涂旋涂30s的BCP溶液，制备了电子传输层材料。
6)利用真空蒸镀仪，在电子传输层上蒸镀100nm的金属电极Ag，得到钙钛矿太阳电池。
对BMIMHSO4修饰双界面的钙钛矿太阳电池进行相关测试表征，所得结果与实施例1类似。与对比电池相比，采用BMIMHSO4修饰双界面之后钙钛矿太阳能电池具备更高的能量转换效率与电荷传递效率。
实施例4：
本实施例的钙钛矿太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
1)将商业PET导电柔性衬底经洗涤剂、丙酮、乙醇中超声清洗20min，然后用异丙醇进一步清洗，将ITO玻璃放在匀胶机上以5000rpm的速度旋涂20s，100℃下退火5min，转移至紫外臭氧光清洗机照射45min。
2)制备电子传输层。首先，配制电子传输层前驱体溶液。配制电子传输层前驱体溶液。配制体积比为1：6的SnO2胶体/去离子水中稀释液(质量分数2.14wt％)，然后在预清洁的ITO玻璃上以4000rpm的速度旋涂30s，旋涂完成后在150℃下热退火30min。当玻璃基板冷却到室温后，将ITO玻璃基板再次放到紫外线臭氧中处理15min。
3)制备离子液体界面层。配制离子液体分散液：配制浓度为1mg/ml的1-丁基-2,3-二甲基咪唑溴盐[BMMIMBr]/乙腈溶液离子液体分散液，25℃下搅拌60min，使离子液体充分分散，以2000rpm的速度旋涂30s，再在100℃的热台上退火30min，所得BMMIMBr界面层厚度为2nm。
4)制备钙钛矿层。配制钙钛矿前驱体溶液：将MAX、PbX2(其中X为I、Br或Cl中的一种)以1：1的摩尔比溶解在体积比为9：1的DMF与DMSO的混合液，在60℃下加热搅拌30min，充分溶解，然后将钙钛矿前驱液以2500rpm、10s，4500rpm、30s两步连续旋涂在离子液体界面层上，在程序结束前12s时滴加300μL反溶剂乙酸乙酯，然后再100℃热台上退火30min，制得平整、均一的钙钛矿薄膜。
5)制备空穴传输层。配制空穴传输层前驱体溶液：将70mg的Spiro-OMeTAD溶解在1ml的氯苯中，将LiTFSI以520mg/ml的浓度溶解在乙腈溶液中，取17μL的锂盐溶液添加至Spiro-OMeTAD溶液中，取28μL的TBP溶液添加至Spiro-OMeTAD溶液中，在室温下搅拌1.5h，使spiro-OMeTAD充分氧化，以3000rpm的速度旋转涂布30s.
6)利用真空蒸镀仪，在电子传输层上蒸镀85nm的金属电极Ag，得到钙钛矿太阳电池。
对BMIMHSO4修饰双界面的钙钛矿太阳电池进行相关测试表征，所得结果与实施例1类似。与对比电池相比，采用BMIMHSO4修饰双界面之后钙钛矿太阳能电池具备更高的能量转换效率与电荷传递效率。
对比例1：
本对比例的钙钛矿太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
1)将商业FTO经洗涤剂、丙酮、乙醇中超声清洗20min，然后用异丙醇进一步清洗，将FTO玻璃放在匀胶机上以5000rpm的速度旋涂20s，100℃下退火5min，转移至紫外臭氧光清洗机照射45min。
2)制备电子传输层。配制电子传输层前驱体溶液：分别配制浓度为75mg/ml、150mg/ml的钛酸异丙酯/乙醇溶液，将洗净的FTO玻璃放在匀胶机上，将75mg/ml的钛酸异丙酯/乙醇溶液，以2000rpm的速度旋涂20s，在150℃下退火30min；接着将150mg/ml钛酸异丙酯/乙醇溶液，以4000rpm的速度旋涂20s，转移至高温加热台，高温加热台以5℃/min的速度升温至450℃，持续退火40min。
3)制备钙钛矿层。配制钙钛矿前驱体溶液：将PbI2与MAI按照摩尔比1：1，溶解在体积比为19：1的DMF与DMSO的混合液，在60℃下加热搅拌30min，充分溶解，然后将钙钛矿前驱液以2000rpm、10s，4000rpm、25s两步连续旋涂在离子液体修饰的电子传输层上，于第二步15s时滴加300μL反溶剂乙酸乙酯，然后再100℃热台上退火30min，制得平整、均一的钙钛矿薄膜。
4)制备空穴传输层。配制空穴传输层前驱体溶液：将72.3mg的Spiro-OMeTAD溶解在1ml的氯苯中，将LiTFSI以520mg/ml的浓度溶解在乙腈溶液中，取17.5μL的锂盐溶液添加至Spiro-OMeTAD溶液中，取28.8μL的TBP溶液添加至Spiro-OMeTAD溶液中，在室温下搅拌2h，使spiro-OMeTAD充分氧化，以4000rpm的速度旋转涂布30s。
5)利用真空蒸镀仪，在空穴传输层上蒸镀80nm的金属电极Ag，得到钙钛矿太阳电池。
最终的实验结果表明，相比于实施例1中BMIMHSO4修饰双界面的钙钛矿而言，本对比例中的钙钛矿结晶尺寸更小，110峰强更弱，所构筑电池器件的光电转换效率以及界面电荷提取和传输，都远低于BMIMHSO4离子液体修饰双界面的。
以上进一步证明了本发明的有效性，通过BMIMHSO4界面修饰钙钛矿之后，提升了电子传输层/钙钛矿层界面电荷的提取与传输，促进钙钛矿晶粒择优垂直取向生长，提高了钙钛矿薄膜的质量，进而起到提高钙钛矿太阳能电池效率、增强钙钛矿太阳能电池稳定性的效果。
本实施例上述各实施例的钙钛矿太阳电池可应用于光伏太阳电池。
鉴于本发明方案实施例众多，各实施例实验数据庞大众多，不适合于此处逐一列举说明，但是各实施例所需要验证的内容和得到的最终结论均接近。
以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种离子液体修饰双界面的钙钛矿太阳电池，其特征在于，包括依次叠设的透明导电衬底、电子传输层或空穴电子传输层、离子液体双界面修饰层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层或电子传输层、顶电极层；
其中，离子液体双界面修饰层为咪唑阳离子及其衍生物中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述透明导电衬底为ITO、FTO、PEN基柔性导电电极、PET基柔性导电电极中的一种。
3.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述电子传输层为ZnO、TiO2、SnO2、Al2O3、ZrO2、富勒烯衍生物中的一种或多种，厚度为1-100nm。
4.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述空穴传输层为Spiro-OMeTAD、PEDOT:PSS、PTAA、NiOx、CuSCN、NiCo2O4中的一种或多种，厚度为1-100nm。
5.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述钙钛矿光吸收层为ABXmY3-m晶体，其中，A为有机阳离子或Cs+，B为Pb2+，X、Y为I-、Br-、Cl-中的不同种类，m范围为0-3。
6.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述顶电极为Au、Ag、Pt、Al、碳中的一种，厚度为80-100nm。
7.如权利要求1-6任一项所述的钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)清洗导电基板，作为透明导电衬底；
(2)透明导电衬底之上制备电子传输层或空穴传输层；
(3)将离子液体旋涂在步骤(2)制得的电子传输层或空穴传输层之上，得到离子液体层；
(4)将钙钛矿前驱体溶液旋涂在离子液体层上，得到离子液体双界面修饰层和钙钛矿光吸收层；
(5)在钙钛矿光吸收层之上制备空穴传输层或电子传输层；
(6)在步骤(5)制得的空穴传输层或电子传输层热沉积得到顶电极，还在透明导电衬底热沉积得到顶电极，得到钙钛矿太阳电池。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑阳离子和硫酸氢根阴离子按照化学计量比分散于有机溶剂中制得，浓度为0.5-20mg/mL。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，离子液体旋涂前在低温15-30℃下搅拌30-120min，旋涂参数为500-5000rpm，时间为5-60s；旋涂完成后，60-120℃下退火10-30min。
10.如权利要求1-6任一项所述的钙钛矿太阳电池的应用，其特征在于，用作光伏太阳电池。
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