[發明專利]一種基于復合電子傳輸層的鈣鈦礦電池及制備方法

在審

• 申請號: 201710564973.1
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN107482120A
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 閆小琴;李明華;廖新勤;郭艷
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司11401
• 代理人: 皋吉甫

1.一種基于復合電子傳輸層的鈣鈦礦電池，其特征在于，電池結構自下而上包括襯底材料、透明電極、電子傳輸層、鈣鈦礦光吸收層、空穴傳輸層和對電極，其中電子傳輸層為平面結構或者為多孔骨架結構。

2.如權利要求1所述的鈣鈦礦電池，其特征在于，所述襯底材料為硬質透明玻璃或者柔性有機塑料。

3.如權利要求1所述的鈣鈦礦電池，其特征在于，所述透明電極具有收集傳輸電子的能力，為銦錫氧化物、氟錫氧化物或鋁鋅氧化物中的任一種，透光度>70%，面電阻<15Ω。

4.如權利要求1所述的鈣鈦礦電池，其特征在于，所述電子傳輸層由金屬氧化物組成，其中金屬元素為兩種或多種組合，具有不同電負性；所述電子傳輸層多孔骨架為微孔互穿結構，金屬顆粒粒徑在10-50 nm，厚度為80-600 nm。

5.如權利要求1所述的鈣鈦礦電池，其特征在于，所述鈣鈦礦光吸收層材料為ABX₃型，其中A為Rb⁺、Cs⁺、CH₃NH₃⁺、HC(NH₂)₂⁺，B為Pb、Sn、Cu，X為Cl、Br、I、SCN等；鈣鈦礦光吸收層可與平面電子傳輸層形成平面異質結；或滲入填充多孔結構電子傳輸層，并在多孔骨架上面形成一層致密均勻的鈣鈦礦薄膜；鈣鈦礦薄膜厚度為100-1000 nm。

6.如權利要求1所述的鈣鈦礦電池，其特征在于，所述的空穴傳輸層為Spiro-OMeTAD、P3HT、PTAA、 CuI、CuSCN、Cu₂O、NiOx和MoOx中的一種或多種。

7.如權利要求1所述的鈣鈦礦電池，其特征在于，所述對電極為不透明或者半透明的金、銀電極或者導電碳材料電極。

8.權利要求1-7任一所述鈣鈦礦電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

1）配置溶于極性溶劑中的(FAPbI₃)_x(MAPbBr₃)_1-x鈣鈦礦前驅體溶液；配置溶于異丙醇的酸性異丙醇鈦溶液，作為致密二氧化鈦前驅體溶液；

2）金屬鹽溶液制備：將高純無水級氯化釔粉末溶于無水級乙醇溶液，配置成0-20mg/ml不同濃度的溶液；

3）復合電負性金屬氧化物電子傳輸層沉積：在透明電極表面旋涂步驟1）配置的致密TiO₂前驅液，在100-150 ^oC烘烤5-20 min后放入馬弗爐中，再在450~550 ^oC燒結30-90 min，獲得10-100 nm的致密TiO₂電子傳輸層；將商業Dyesol 30-NRD與乙醇進行混合，旋涂后于100-150 ^oC烘烤5-20 min，然后放入馬弗爐中在450~550 ^oC燒結30-90 min，形成相互貫穿的微孔，通過調節Dyesol 30-NRD與乙醇混合比例，控制多孔層厚度為80-600 nm；然后將其放入其他電負性氯化釔溶液中靜置處理，取出后吹干溶液，在馬弗爐中450~550 ^oC燒結30-90 min；

4）鈣鈦礦光吸收層的溶液法制備：在電子傳輸層表面滴加鈣鈦礦前驅體，旋涂過程中滴加非極性溶劑萃取出極性溶劑，然后在60-150 ^oC烘干退火5-60 min結晶；通過調節前驅體濃度和旋涂轉速控制鈣鈦礦光吸收層的厚度為100-1000 nm；

5）空穴傳輸層沉積：在鈣鈦礦光吸收層表面旋涂空穴傳輸層溶液，通過控制溶液濃度和轉速，控制厚度為100-400 nm；

6）對電極沉積：采用熱蒸鍍法沉積金電極，控制厚度為50-150 nm。

9.如權利要求8所述的鈣鈦礦電池的制備方法，步驟4）中所述溶液法的溶劑包括極性溶劑和非極性溶劑，其中極性溶劑溶解鈣鈦礦材料，包括二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、γ-丁內酯中一種或多種；非極性溶劑與鈣鈦礦材料相互不溶，包括苯、甲苯、1,2-二甲苯、1,3-二甲苯、1,4-二甲苯、氯苯、1,2-二氯苯、1,3-二氯苯、1,4-二氯苯、乙醇、異丙醇中的一種或多種。