[發明專利]一種鈣鈦礦太陽電池光吸收層納米溶膠鍍膜液及制備方法

有效

• 申請號: 201610288339.5
• 申請日: 2016-05-05
• 公開（公告）號: CN105762283B
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 李建生;黃作良;胡興蘭;劉炳光;王少杰
• 申請（專利權）人: 天津市職業大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種鈣鈦礦太陽電池光吸收層納米溶膠鍍膜液及制備方法，特別是將鈣鈦礦光吸收材料與稀土摻雜納米二氧化鈦溶膠混合形成的光吸收層納米溶膠鍍膜液，可直接鍍膜得到鈣鈦礦太陽電池納米二氧化鈦凝膠光吸收層，形成的光吸收層不需要經過高溫燒結就能牢固附著在襯底材料上，可以吸收太陽光譜中的紫外光和可見光，屬于新能源和新材料領域。

技術背景

鈣鈦礦太陽電池通常是由透明導電玻璃、致密層、鈣鈦礦光吸收層、空穴傳輸層、金屬背電極五部分組成。鈣鈦礦光吸收層由鈣鈦礦光吸收材料和作為骨架的多孔納米材料膜構成，鈣鈦礦光吸收層的厚度一般為200-600nm，主要作用是吸收太陽光并產生電子-空穴對，并能高效傳輸電子-空穴對。雖然也有無骨架膜的鈣鈦礦太陽電池，但其光電轉換效率通常低于有骨架膜的鈣鈦礦太陽電池。骨架納米材料除作為鈣鈦礦光吸收材料的支持骨架外，還可以傳輸電子，改善光吸收材料結晶結構和增大鈣鈦礦光吸收材料表面積，從而提升鈣鈦礦光吸收層的光電轉換效率，骨架膜的作用至今還沒有完全研究透徹。常用的骨架納米材料包括納米TiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、SiO₂、ZnO、SnO₂、WO₃、ReO、BaSnO₃、SrTiO₃等，其中，最常用的是納米TiO₂。

鈣鈦礦太陽電池納米TiO₂骨架膜制備方法主要有高溫燒結法和溶膠-凝膠法。高溫燒結法是先將納米TiO₂漿料或膠體涂布在基體上，當納米TiO₂粒徑較大或膜層較厚時，干燥成膜過程中常出現起皮和膜層脫落現象，需要在500℃高溫下處理使其燒結固定在基體上。高溫燒結法加工成本高, 也不能在柔性高分子材料襯底上使用，限制了其應用范圍。例如，瑞士洛桑聯邦理工學院發明專利US2015200377（ 2015-07-16）公開了一種制備納米TiO₂骨架膜的方法，先將四丁醇鈦和氫氟酸在180℃下混合反應24h，冷卻后將所得白色沉淀離心分離，再用乙醇和去離子水洗滌、干燥后制得邊長為30nm，厚度為7nm的片狀納米TiO₂粒子，將其分散后旋涂在導電玻璃的致密層上，厚度約500nm，在500℃退火處理0.5 h，在70℃下將其用TiCl₄水溶液處理0.5h， 用乙醇和去離子水洗滌后，再在500℃退火處理0.5 h，得到有納米TiO₂骨架層的襯底材料。韓國化學技術研究所發明專利US2016005547（2016-01-07）公開了一種制備納米TiO₂骨架膜的方法，將鈦過氧化物絡合物熱分解得到平均粒徑50nm的納米TiO₂粒子，將其與松油醇混合分散得到納米TiO₂膏體，絲網印刷在導電玻璃的致密層上，厚度約600nm，在500℃退火處理0.5 h，在60℃下將其用TiCl₄水溶液處理以提高納米TiO₂骨架層表面積，再在500℃退火處理0.5 h，得到有納米TiO₂骨架層的襯底材料，納米TiO₂骨架層表面積為40m²/g。日本理光公司發明專利US 2015279573 （2015-10-01）公開制備納米TiO₂膜采用的方法，使用Dyesol公司制作的18NR-T型納米TiO₂漿料，將其旋涂在導電玻璃的致密層上，厚度約300nm,150℃下熱風干燥，再在500℃退火處理0.5 h，得到有納米TiO₂骨架層的襯底材料。