[發明專利]一種微孔型鈣鈦礦光伏材料的制備方法

有效

• 申請號: 201710452509.3
• 申請日: 2017-06-15
• 公開（公告）號: CN108198944B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 陳新安;徐海濤;史佳卉
• 申請（專利權）人: 紹興舟澤新材料股份有限公司
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/42
• 代理公司: 深圳市創富知識產權代理有限公司 44367
• 代理人: 邢麗枝

本發明公開了一種微孔型鈣鈦礦光伏材料的制備方法，將鈦酸正丁酯放入無水乙醇中，輔以聚乙烯吡咯烷酮和發泡劑，得到二氧化鈦膠體液，經濃縮后鍍膜在基材表面，加壓反應得到二氧化鈦薄膜，然后放入氯化鈣溶液中，氨氣曝氣反應后得到氫氧化鈣沉積層，最后加溫加壓反應。并采用酸溶液浸泡，去離子水和無水乙醇洗滌后得到微孔型鈣鈦礦光伏材料。本發明制備的微孔型鈣鈦礦光伏材料能夠在微孔結構下進行鈣鈦礦結構的制備，提高了吸光層在光電流產生的同時的空穴的傳輸效率，從而可進一步提高光電轉換效率。

技術領域

本發明屬于光伏材料技術領域，具體涉及一種微孔型鈣鈦礦光伏材料的制備方法。

背景技術

光伏材料是指能夠將太陽能轉換為電能的材料，主要為能夠通過“光生伏特效應”將太陽能轉換為電能的半導體材料，包括單晶硅、多晶硅、非晶硅、GaAs、InP、CdS、CdTe等。其中硅基材料的光電轉化率相對較高，但同時其制造成本也較高，而砷化鎵等半導體材料原料稀少、制備效率低、穩定性差，在實際應用中受到了較大的限制。

鈣鈦礦結構的材料于2009年起首次作為光伏材料應用，其原料一般為廉價的鉛、鹵素、及胺鹽，材料的禁帶寬度較小，表現出良好的應用前景，其光電轉化率從最初的3.8％發展到15.9％僅用了不到5年的時間，已經逐步接近硅基光伏材料的效率，部分學者進一步預言了其光電轉化效率將很快超過單晶硅類的光伏材料，達到30％。

在光伏材料的制備中，將空穴傳輸材料與吸光材料直接在內部復合是一種較好的選擇，若能夠在不破壞鈣鈦礦基本結構的前提下將其制備成一種多孔材料，再與空穴傳輸材料相復合無疑是一種優良的技術方案。多孔材料按照其孔徑大小可分為微孔材料、介孔材料與大孔材料，孔徑越小，材料的比表面積越大，因此在多孔材料中微孔材料的比表面積最大，但微孔材料的孔徑大小小于2nm，如何在如此小的孔徑下將同樣納米尺度的空穴傳輸材料連接上也是一個技術難題。

發明內容

本發明的目的是提供一種微孔型鈣鈦礦光伏材料的制備方法，微孔型鈣鈦礦光伏材料能夠在微孔結構下進行鈣鈦礦結構的制備，提高了吸光層在光電流產生的同時的空穴的傳輸效率，從而可進一步提高光電轉換效率。

本發明的技術目的是通過以下技術方案得以實現的：一種微孔型鈣鈦礦光伏材料的制備方法，其步驟如下：

步驟1，將鈦酸正丁酯加入至無水乙醇中，然后加入聚乙烯吡咯烷酮，密封超聲反應30-60min，自然冷卻后得到二氧化鈦膠體液；

步驟2，將發泡劑加入至二氧化鈦膠體液中，并密封攪拌后進行減壓蒸餾反應得到濃縮前驅液；

步驟3，將濃縮前驅液噴涂基材上，然后密封加壓反應1-2h，得到二氧化鈦薄膜；

步驟4，將帶二氧化鈦薄膜的基材放入氯化鈣溶液中，然后進行氨氣曝氣反應3-5h，得到氫氧化鈣沉積層；

步驟5，將帶有沉積層的基材放入反應釜中加壓加溫反應3-5h，得到微孔型薄膜材料；

步驟6，將薄膜材料加入酸溶液中浸泡10-15min，然后采用去離子水和無水乙醇多次清洗，晾干后得到微孔型鈣鈦礦光伏材料。

所述步驟1中的鈦酸正丁酯與無水乙醇的摩爾量的比為2:15-19，所述聚乙烯吡咯烷酮的摩爾量是鈦酸正丁酯的1.9-2.5倍，該步驟采用鈦酸正丁酯和聚乙烯吡咯烷酮為主要原料，不僅利用聚乙烯吡咯烷酮的高分子性能，起到良好的分散性效果，同時直接作用在二氧化鈦表面，形成膠體式顆粒；該步驟充分利用了聚乙烯吡咯烷酮的性能，有效的作用在鈦酸正丁酯上；采用無水乙醇的目的主要出于以下考慮：(1)聚乙烯吡咯烷酮在無水乙醇中具有良好的溶解效果，形成微粘稠的溶液；(2)鈦酸正丁酯在無水乙醇中能夠起到良好的溶解性，同時在水中由于水解形成沉淀，無水乙醇能夠保證溶解效果以及防止鈦酸正丁酯水解。