[發明專利]一種含二茂鐵層的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201610140852.X
• 申請日: 2016-03-10
• 公開（公告）號: CN105655488B
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 陳瑜;周人杰;薛松;姚鎮章;劉世博
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司12002
• 代理人: 劉書元

技術領域

本發明屬于太陽能電池領域，具體涉及一種含有二茂鐵修飾材料的鈣鈦礦太陽能電池。

背景技術

近些年來，有機鉛鹵化物鈣鈦礦太陽能電池光電轉換效率突破20％，已經十分接近晶體硅太陽能電池的轉換效率(Nature Mater.,2014,13,838–842；Science,2014,345,542–546)。制備高效、穩定的鈣鈦礦太陽能電池具有很大的研究價值和應用前景。

鈣鈦礦太陽能電池依次由玻璃基底、FTO、電子傳輸層、鈣鈦礦光敏層、空穴傳輸層和對電極構成(Phys.Chem.Chem.Phys.,2014,16,19984–19992)。在鈣鈦礦太陽能電池中，太陽光照射后，鈣鈦礦光敏層首先吸收光子產生電子-空穴對。然后，電子傳輸到TiO₂致密層，而后被導電FTO收集；空穴從鈣鈦礦層傳輸到空穴傳輸層，最后被對電極收集(NPG Asia Mater.,2013,5,68)。對電極多采用貴金屬電極，其中報道最多的是金電極，通過蒸鍍法制備到鈣鈦礦太陽能電池上。一些文獻中報道了使用廉價碳材料制備成鈣鈦礦太陽能電池的對電極，也獲得了良好的效果。

二茂鐵是一種富電子分子，具有良好的電化學催化活性。二茂鐵的能級為4.8eV，氧化還原能力強，它在光電材料中有廣泛的應用和良好的表現(J.Mater.Chem.,2012,22,22658–22662；RSC Adv.,2014,4,34904–34911)。此外，二茂鐵價格低廉，用于光電材料中可降低制備成本，具有應用潛力。

發明內容

本發明設計的目的是提供一種含有二茂鐵層的鈣鈦礦太陽能電池，通過添加少量的二茂鐵修飾碳對電極，提高鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率。同時給出了該鈣鈦礦電池的制備方法。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種含二茂鐵層的鈣鈦礦太陽能電池，由下至上依次包括層疊的導電玻璃、致密層、多孔層、具有鈣鈦礦結構的吸光層、空穴傳輸層、碳對電極，其特征在于：還包括設置在碳電極上的二茂鐵層，所述的二茂鐵層是旋涂一定濃度二茂鐵的導電玻璃。

進一步的，所述的二茂鐵層中二茂鐵濃度范圍在5～70mg/mL之間。所述的二茂鐵層壓制在碳電極上，二茂鐵層的面積小于或等于碳對電極的面積。

一種含二茂鐵層的鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于：包括

a、二茂鐵層的制備步驟，首先配制一定濃度的二茂鐵溶液，在二茂鐵中加入有機溶劑，攪拌至完全溶解，然后將配制好的二茂鐵溶液滴至導電玻璃上使用旋涂儀旋涂，旋涂速度在1000r/min～4000r/min之間，二茂鐵均勻成膜；

b、含二茂鐵層的鈣鈦礦太陽能電池的制備步驟，首先，提供具有透明導電層FTO薄膜的導電玻璃，在FTO導電玻璃上旋涂TiO₂致密層，然后旋涂TiO₂多孔層，之后經一步旋涂法制備具有鈣鈦礦結構的吸光層，將配制好的空穴傳輸材料Spiro-OMeTAD溶液旋涂制備成空穴傳輸層，再將由導電納米碳粉溶劑分散后滴涂法制備而成的碳對電極置于空穴傳輸層之上，最后將步驟a中制備好的二茂鐵層壓制在碳對電極上，構成回路，得到含二茂鐵層的鈣鈦礦太陽能電池。

進一步的，步驟a中所述的有機溶劑為除水有機溶劑，選自氯苯、甲苯、石油醚或二氯甲烷中的一種。

本發明的有益效果是：二茂鐵是一種富電子分子，具有良好的電化學催化活性，氧化還原能力強，它在光電材料中有廣泛的應用和良好的表現，本發明加入二茂鐵之后有效的提升了電池光電效率，效果明顯。

附圖說明

圖1為本發明鈣鈦礦太陽能電池結構示意圖。

圖中：1、FTO導電玻璃；2、致密層；3、多孔層；4、具有鈣鈦礦結構的吸光層；5、Spiro-OMeTAD空穴傳輸層；6、碳對電極(碳電極)；7、二茂鐵層(二茂鐵層的FTO導電玻璃)。

圖2是含二茂鐵修飾碳對電極的鈣鈦礦太陽能電池的光伏特性曲線。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步說明。

二茂鐵層的制備：