[發(fā)明專利]全印刷鈣鈦礦太陽能電池用高滲透性多孔碳對電極的制法

有效

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• 申請日: 2017-05-31
• 公開（公告）號: CN107275493B
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陶海軍;張傳香;王亢;李永濤
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/44;H01L51/46
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

本發(fā)明涉及一種全印刷鈣鈦礦太陽能電池用高滲透性多孔碳對電極的制法。該方法將聚苯乙烯球加入碳漿料中，通過絲網(wǎng)印刷制備出碳層，經(jīng)過高溫燒結(jié)后，通過碳層中聚苯乙烯球的分解得到多孔碳對電極。同時可通過改變聚苯乙烯球的尺寸和添加量制備不同性能的碳對電極。本發(fā)明方法簡單，可操作性強，成本低廉。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所制備的多孔碳對電極，能夠為CH₃NH₃PbI₃提供向下滲透的通道，增加其在介孔層中的填充率，提升無空穴傳輸層可印刷鈣鈦礦太陽能電池的電池效率的同時減少電池效率的離散性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多孔碳對電極，具體涉及一種全印刷鈣鈦礦太陽能電池用高滲透性多孔碳對電極的制法。

背景技術(shù)

太陽能電池發(fā)展日新月異。2009年Miyasaka課題組首次將鈣鈦礦材料(CH₃NH₃PbI₃)選作敏化劑并應(yīng)用于太陽能電池，并獲得3.8％的光電轉(zhuǎn)換效率。隨著研究人員不斷開發(fā)新的材料以及優(yōu)化制備工藝，電池效率不斷刷新且穩(wěn)定性進一步提升，截止到目前PSCs最高光電轉(zhuǎn)換效率已突破22％。該電池器件選用的依舊為常規(guī)結(jié)構(gòu)(c-TiO₂/m-TiO₂/CH₃NH₃PbI₃/spiro-OMeTAD/Au)，基于此結(jié)構(gòu)的PSCs雖然有較高的光電轉(zhuǎn)換效率，卻并不適用于商業(yè)化應(yīng)用。其中一個主要因素便是該類電池結(jié)構(gòu)中使用的對電極由貴金屬制備，成本較高。碳材料在大自然中存在廣泛，且已被大量應(yīng)用于社會生活中。與金屬材料相比較，碳材料(碳納米管、活性炭、炭黑、富勒烯、石墨、石墨烯等)具有很多特殊的優(yōu)異性能。碳對電極已經(jīng)應(yīng)用染料敏化太陽能電池中并獲得較好的性能。2013年，Han課題組在開發(fā)的可印刷PSCs中首次引入碳對電極，并獲得6.64％的光電轉(zhuǎn)換效率。

在目前的可印刷PSCs制備中，碳對電極是通過印刷由石墨、炭黑、氧化鋯、乙基纖維素組成的漿料獲得，所得的電極為多孔結(jié)構(gòu)，且較為致密。在隨后的器件制備階段，CH₃NH₃PbI₃前驅(qū)體溶液以滴涂的方式加入，為獲得較高的器件性能，CH₃NH₃PbI₃前驅(qū)液應(yīng)完全滲透過碳電極，并充分填充下面的TiO₂層。但目前常規(guī)方法制備的碳對電極，對CH₃NH₃PbI₃的滲透過程仍有較大阻礙。為解決上述問題，有學者提出使用有序介孔碳作為碳對電極，從而提高CH₃NH₃PbI₃的滲透性。然而，此方法存在制備過程復(fù)雜、孔道尺寸較小等缺陷。本專利在不改變傳統(tǒng)碳漿料的前提下，加入直徑可變化的PS球，以達到制備出多孔且孔道尺寸易控制的碳對電極。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種簡單有效的，制備多孔碳對電極的方法，具體為一種全印刷鈣鈦礦太陽能電池用高滲透性多孔碳對電極的制法。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種全印刷鈣鈦礦太陽能電池用高滲透性多孔碳對電極的制法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)碳漿料的制備

將石墨、氧化鋯、炭黑和聚苯乙烯球混合后，加入無水乙醇，通過磁力攪拌、超聲分散使?jié){料充分分散均勻，上述步驟重復(fù)三次；然后將上述溶液進行離心獲得沉淀物，隨后將沉淀物重新溶于無水乙醇，分別加入松油醇、乙基纖維素/乙醇溶液并重復(fù)磁力攪拌和超聲分散步驟；最后將上述漿料球磨10h后蒸除乙醇，從而獲得實驗所需碳漿料；

(2)碳層的印刷制備

將制備好的碳漿料通過絲網(wǎng)印刷機印刷制備得到碳層；

(3)碳對電極的制備