[發(fā)明專利]一種無空穴傳輸材料鈣鈦礦薄膜異質(zhì)結(jié)電池的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510040001.3
• 申請日: 2015-01-27
• 公開（公告）號: CN104600197B
• 公開（公告）日: 2017-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙興中;余楨華;卜呈浩
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 汪俊鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無空穴傳輸材料鈣鈦礦薄膜異質(zhì)結(jié)電池的制備方法，屬于光伏器件技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

基于鈣鈦礦材料的全固態(tài)薄膜太陽能電池是一種由全固態(tài)染料敏化太陽能電池發(fā)展而來的廉價、高性能的新型光伏器件。目前公證效率已提升至20.1％，該記錄已超過光伏市場上占統(tǒng)治地位的晶硅太陽能電池產(chǎn)品的光電轉(zhuǎn)換效率。此外，與傳統(tǒng)太陽能電池相比，其主要優(yōu)勢還有：成本低廉、工藝技術(shù)相對簡單，可塑性強(qiáng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。然而傳統(tǒng)的鈣鈦礦太陽能電池通常所采用的有機(jī)空穴傳輸材料如spiro-OMeTAD價格昂貴，成本超過金或鉑的10倍，同時還需要在高真空高能耗環(huán)境下采用蒸鍍或?yàn)R射方法制備金或銀電極，從而不可避免的破壞器件結(jié)構(gòu)的完整性，導(dǎo)致器件短路，器件重復(fù)性差。另外，由于鈣鈦礦這一核心材料易被空氣中的水分解導(dǎo)致電池失效，其防水性和長期穩(wěn)定性的研究也十分迫切。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種無空穴傳輸材料鈣鈦礦薄膜異質(zhì)結(jié)電池的制備方法，該方法先利用改進(jìn)的兩步法合成了高質(zhì)量的鈣鈦礦層，接著二次涂覆不同的碳漿料，最后用PMMA封裝，得到了高效、穩(wěn)定、防水的鈣鈦礦電池。

針對現(xiàn)有鈣鈦礦電池的一系列問題，我們發(fā)明了一種簡單、易重復(fù)的方法來生產(chǎn)一種基于碳電極的高效、廉價、穩(wěn)定、防水的無空穴傳輸材料的鈣鈦礦電池。首先我們利用改進(jìn)的兩步旋涂法合成出了高質(zhì)量的鈣鈦礦層，相較于之前文獻(xiàn)所報道的兩步旋涂法，我們在PbI₂前驅(qū)液中加入了少量PbCl₂以提高PbI₂的溶解度，提高了高效率電池的成功率。另外，我們將廉價的商業(yè)碳漿混入CH₃NH₃I后直接涂覆與鈣鈦礦層上，可以有效的阻止?jié){料溶劑對其破壞，改善了鈣鈦礦/碳電極界面。隨后，不含CH₃NH₃I的碳漿再次涂覆以降低器件電阻。這種二次涂覆碳電極的方法目前為首創(chuàng)。最后，我們用溶液法在電池表面制備了PMMA防水層，從而達(dá)到封裝效果，大大提高了電池的防水性能和穩(wěn)定性。

本發(fā)明的無空穴傳輸材料鈣鈦礦薄膜異質(zhì)結(jié)電池的制備方法，包含以下步?驟：

(1)TiO₂納米晶薄膜基底的制備；

(2)鈣鈦礦層的制備：含0.2M?PbCl₂與0.6～2.0M?PbI₂的DMF溶液于70℃攪拌1h作為前驅(qū)體溶液，然后6000RPM?30s旋涂于TiO₂納米晶薄膜基底上，100℃烘烤5min后，冷至室溫，7mg/mL的CH₃NH₃I異丙醇溶液滴加于TiO₂納米晶薄膜基底上，反應(yīng)20s后，2000rpm?20s旋涂甩干，然后100℃燒結(jié)5min，形成均勻的黑色薄膜；

(3)碳電極的制備：將油性碳漿120℃下烤干，將含0.575g/ml干燥碳漿和0.005～0.0375g/mlCH₃NH₃I的氯苯放入球磨罐中球磨,然后均勻刮涂于(2)中所得鈣鈦礦薄膜上，100℃烤干，再次涂覆含0.575g/ml干燥碳漿的氯苯，100℃烤干；

(4)封裝層的制備：于(3)所得碳層上均勻滴加50mg/ml?PMMA的甲苯溶液，100℃烘干。

TiO₂納米晶薄膜基底的制備過程如下：將0.15M?C₁₆H₂₈O₆Ti的正丁醇溶液旋涂于刻蝕好的FTO玻璃上，150℃加熱30min，繼而將TiO₂漿料(1:3質(zhì)量比于乙醇中稀釋)2000rpm?20s旋涂其上，450℃燒結(jié)30min，40mM?TiCl₄中浸泡，70℃下30min，再次500℃燒結(jié)30min。

TiO₂漿料為TiO₂按1:3質(zhì)量比于乙醇中稀釋所得。