[發明專利]以Cr2O3為電子傳輸物質的鈣鈦礦太陽能電池的制備方法

有效

• 申請號: 201710092853.6
• 申請日: 2017-02-21
• 公開（公告）號: CN106876596B
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發明（設計）人: 吳季懷;董佳;賈金彪;鮑泉琳;葛金花
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/46
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;陳淑嫻

本發明公開了一種以Cr₂O₃為電子傳輸物質的鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，步驟為：首先，通過置換反應制取油酸鉻，然后將其溶解在一定量的有機溶劑里，通過旋涂的方式在耐高溫透明導電基底上制備成薄膜，再于馬弗爐中500?600℃下煅燒成為Cr₂O₃薄膜；接著在Cr₂O₃薄膜上涂一層有機無機雜化鈣鈦礦光吸收層，然后涂空穴傳輸材料，最后蒸鍍一層金屬電極從而制得鈣鈦礦太陽能電池。太陽光由光陽極面入射。本發明制備方法簡單，所組裝的鈣鈦礦太陽能電池具有較高的光電轉換效率和良好的長期穩定性。

技術領域

本發明涉及有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池新能源技術領域，尤其是涉及以Cr₂O₃為電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池的制備方法。

背景技術

鈣鈦礦進入人們視野已近兩個世紀。但是其可將太陽能轉化為電能的能力直到2009年才被發現，當時日本桐蔭橫濱大學的Tsutomu Miyasaka教授將有機無機雜化鈣鈦礦CH₃NH₃PbI₃作為吸光層加入到染料敏化太陽能電池(DSSCs)設備中，效率達3.8％。之后，2013年，瑞士聯邦理工學院的Julian Burschka、Norman Pellet、Soo-Jin Moon等人將其作為可見光光敏劑制備了鈣鈦礦型薄膜太陽能電池，獲得了15％的光電轉化效率。而現今鈣鈦礦型薄膜太陽能電池的效率最高已越22.0％。擁有獨特晶體結構的鈣鈦礦型薄膜太陽能電池有望改變太陽能產業的面貌。傳統有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池多以 TiO₂、ZnO、SnO₂為電子傳輸介質。

發明內容

本發明的目的在于提供一種以Cr₂O₃為電子傳輸物質、具有良好長期穩定性和較高光電轉換效率的鈦礦太陽能電池的制備方法。

為了實現上述目的，本發明按照下述技術方案實現：

一種以Cr₂O₃為電子傳輸物質的鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，包括以下步驟：

1)通過置換反應制備油酸鉻，將油酸鉻溶于有機溶劑中形成油酸鉻混合溶液備用，其中所述油酸鉻和有機溶劑的體積比為1:6-14；

2)采用化學法或激光刻蝕并清洗耐高溫透明導電基底，將所述油酸鉻混合溶液旋涂于所述耐高溫透明導電基底表面，旋涂過程為500-900rpm的速度旋涂2-8s，然后2000-4000rpm的速度旋涂15-25s，旋涂完畢后于500-600℃下煅燒20-40min，從而形成Cr₂O₃薄膜；刻蝕耐高溫透明導電基底的目的是將電池的正負極分開，避免短路；

3)將鹵化鉛和有機鹵化銨鹽溶于溶劑中配制成有機無機雜化鈣鈦礦前驅體溶液，然后旋涂于所述Cr₂O₃薄膜表面，于80-140℃下退火10-60min使得鈣鈦礦結晶得到有機無機雜化鈣鈦礦光吸收層；

4)于所述有機無機雜化鈣鈦礦光吸收層表面形成空穴傳輸層；

5)于所述空穴傳輸層表面形成金屬電極層。

優選的，所述置換反應制取油酸鉻是將九水硝酸鉻、油酸鈉溶于由無水乙醇、蒸餾水、環己烷組成的混合溶液中，60-80℃回流3-5h，然后分離出有機層，用60-80℃熱水將雜質洗凈得到。

優選的，所述九水硝酸鉻、油酸鈉、無水乙醇、蒸餾水、環己烷的摩爾體積比為0.04mol:0.12-0.15mol:60-100mL:40-80mL:120-160mL。

步驟1)中，所述有機溶劑能夠溶解或分散油酸鉻，優選為是甲苯、環己烷或氯苯。