[發明專利]一種鈣鈦礦薄膜太陽能電池的碳電極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201510030235.X
• 申請日: 2015-01-21
• 公開（公告）號: CN104701023B
• 公開（公告）日: 2018-05-25
• 發明（設計）人: 趙晉津;魏麗玉;王鵬;賈春媚;王志遠
• 申請（專利權）人: 石家莊鐵道大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種鈣鈦礦太陽能電池的碳電極材料及其制備方法，屬于光電材料和納米薄膜制備領域。本發明采用噴霧涂膜法在透明導電基底上制備致密二氧化鈦薄膜電子傳輸層；接著在致密二氧化鈦薄膜上制備鈣鈦礦結構的有機金屬鹵化物作為光吸收層，然后通過噴霧涂膜法在鈣鈦礦薄膜光吸收層上制備空穴傳輸層/碳電極層，得到的碳薄膜即為鈣鈦礦太陽能電池的碳電極層。采用碳材料替代昂貴的貴金屬作為空穴傳輸電極材料，降低成本。采用簡單、快速、可規模化生產的噴霧涂膜法進一步節約了成本，并解決了鈣鈦礦太陽能電池電極成本高、真空蒸鍍制備金屬電極方法難以實現規模化生產的問題，適用于低溫制備大面積鈣鈦礦太陽能電池的電極材料。

技術領域

本發明涉及太陽能電池技術領域，特別是涉及鈣鈦礦太陽能電池的碳電極材料制備方法，屬于光電材料和納米薄膜制備領域。

背景技術

隨著傳統化石能源的短缺，以及日益嚴重地環境問題，高效、低能耗、無污染的太陽能電池受到各國的重視，2009年日本科學家Miyasaka首先將鈣鈦礦基半導體用于液態的敏化太陽電池中，取得了3.8％的光電轉化效率，但由于電解液的腐蝕，電池效率衰減很快(J.Am. Chem.Soc.2009，131，6050.)。隨著研究的不斷深入，鈣鈦礦太陽能電池效率進一步提高，目前NREL認證效率最高已達17.9％。在短短的5年之中，鈣鈦礦太陽能電池效率從3.8％提高至 17.9％，引起了科學界的廣泛關注。

現有的鈣鈦礦太陽能電池的制備都需要用到Spiro-OMeTAD和一些貴金屬如金、銀，成本高，不利于大面積推廣。Michael等(Nature 2013(499).316-319.)采用液相兩步法，用spiro-MeOTAD和Au，獲得了15％的電池效率。Snaith等(Nature 2013(501).395-398.)也是用 spiro-MeOTAD作為空穴傳輸材料，Ag作為電極材料。這樣使得太陽能電池的制備成本高，而且Ag很容易氧化，穩定性與耐久性差。現在已有把碳材料加入到鈣鈦礦太陽能電池中的，如馬廷麗等(J.Phys.Chem.Lett.2014，5(18)，3241-3246.)將碳漿料研磨后采用刮涂法制備的碳電極層，此工藝操作周期長，可控性不強，不利于廣泛使用。Snaith等(Nano Lett.，2014，14 (2)，724-730.)將石墨烯篩選后加入到電子傳輸層，此過程需要多次連續超聲和離心，操作工藝繁瑣，同時還是采用了金電極，成本高。Shihe Yang等(EnergyEnviron.Sci.，2014，7， 3326-3333)將蠟燭在玻璃上熏的碳粉收集起來后在1000℃惰性氣氛下煅燒，然后制備出碳漿料，涂敷在銅箔上進行烘干，作為電極。此實驗方法需要高溫、惰性環境，實驗條件要求高，能耗大，成本高，不適合工藝的大量推廣。

發明內容

本發明目的是提供一種鈣鈦礦太陽能電池的碳電極材料制備方法，針對解決上述的技術現狀而提供的一種制備工藝簡單、可控性強、低溫制備、低成本、可大面積制備的全固態鈣鈦礦太陽能電池制備方法。

本發明首先采用噴霧涂膜法在透明導電基底上制備致密半導體電子傳輸層，然后在致密半導體層上制備多級孔金屬氧化物骨架材料和鈣鈦礦薄膜光吸收層，最后通過噴霧涂膜法制備空穴傳輸層/碳薄膜層，即鈣鈦礦太陽能電池的碳電極層(見圖1)。

鈣鈦礦太陽能電池的碳電極材料的制備方法，步驟如下：

將異丙醇(IPA)、無水乙醇(C2H5OH)、碳材料及電子有機傳輸材料混合，配制碳材料濃度為0.001～5mol/l，攪拌0.1～48小時。在上述制備的鈣鈦礦薄膜光吸收層上，采用噴霧涂膜法制備空穴傳輸層，噴涂50s～10min，得到鈣鈦礦太陽能電池的空穴傳輸層/碳薄膜層。