[發(fā)明專利]含富勒烯衍生物的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法

有效

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• 申請日: 2018-01-11
• 公開（公告）號: CN108565339B
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發(fā)明（設計）人: 吳素娟;秦齊齊;陸旭兵;劉俊明
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 廣州駿思知識產(chǎn)權代理有限公司 44425
• 代理人: 潘雯瑛

本發(fā)明涉及一種含富勒烯衍生物的鈣鈦礦太陽能電池，所述含富勒烯衍生物的鈣鈦礦太陽能電池包括透明導電襯底、電子傳導層、鈣鈦礦層、空穴傳導層和金屬電極，所述鈣鈦礦層包括含有聚乙二醇側鏈的富勒烯衍生物，所述含有聚乙二醇側鏈的富勒烯衍生物是由PCBM與聚乙二醇反應得到。本發(fā)明還涉及所述含富勒烯衍生物的鈣鈦礦太陽能電池的制備方法。本發(fā)明所述的含富勒烯衍生物的鈣鈦礦太陽能電池具有鈣鈦礦層形貌可調(diào)控、效率高、制備簡單的優(yōu)點。

技術領域

本發(fā)明涉及太陽能電池技術領域，特別是涉及一種含富勒烯衍生物的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。

背景技術

近年來，鈣鈦礦太陽能電池由于具有較高的光電轉換效率而倍受關注。鈣鈦礦層的形貌與光電特性在某種程度上決定著電池的光電轉換效率，故尤為重要。

富勒烯C₆₀是繼金剛石、石墨之后單質(zhì)碳的第三種同素異形體，是由碳原子形成的一系列籠形單質(zhì)分子的總稱。由于具有獨特的結構和諸多優(yōu)異的物理化學特性，富勒烯以及富勒烯的各種衍生物有著非常廣闊的應用前景。通過對富勒烯結構進行修飾，引入不同的官能團，可以調(diào)控富勒烯衍生物的溶解性、能級、光吸收、表面能等，以拓展其在不同領域中的應用。

當前，還未見到采用含有聚乙二醇側鏈的富勒烯衍生物來調(diào)控鈣鈦礦層的微結構、促進電荷傳導，以制備高效率的鈣鈦礦太陽能電池的相關報道。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，本發(fā)明的目的在于，提供一種含富勒烯衍生物的鈣鈦礦太陽能電池，其具有鈣鈦礦層形貌可調(diào)控、效率高、制備簡單的優(yōu)點。

本發(fā)明采取的技術方案如下：

一種含富勒烯衍生物的鈣鈦礦太陽能電池，包括透明導電襯底、電子傳導層、鈣鈦礦層、空穴傳導層和金屬電極，所述鈣鈦礦層包括含有聚乙二醇側鏈的富勒烯衍生物，所述含有聚乙二醇側鏈的富勒烯衍生物是由PCBM與聚乙二醇反應得到。

本發(fā)明在鈣鈦礦層中添加的含有聚乙二醇側鏈的富勒烯衍生物，簡稱PCBPEG，其化學式及合成反應式如圖1所示。反應原料PCBM是一種富勒烯衍生物，有PC₆₁BM（6,6-苯基-C₆₁-丁酸甲酯）和PC₇₁BM（6,6-苯基-C₇₁-丁酸甲酯）兩種，采用PC₆₁BM或PC₇₁BM與聚乙二醇（PEG）反應生成的富勒烯衍生物含有聚乙二醇側鏈。

本發(fā)明采用PCBPEG來調(diào)控鈣鈦礦層的微結構與光電性能，促進載流子的傳導與收集，以提高制備電池的效率。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的含富勒烯衍生物的鈣鈦礦太陽能電池具有如下有益效果：

1、添加富勒烯衍生物PCBPEG修飾鈣鈦礦層，PEG側鏈及富勒烯基團可促進載流子傳導，提高電池光電轉換效率，經(jīng)實驗證明，修飾后電池的效率明顯高于未修飾的電池；

2、富勒烯衍生物PCBPEG合成簡單，只需一步反應就可以實現(xiàn)；

3、直接在鈣鈦礦前驅液中添加富勒烯衍生物PCBPEG即可實現(xiàn)對鈣鈦礦層微觀形貌的調(diào)控，無需額外的設備與復雜的工藝，簡單易操作；

4、提供了一種新的富勒烯衍生物PCBPEG在鈣鈦礦太陽能電池中的應用，拓寬了富勒烯衍生物的應用前景。

進一步地，所述含有聚乙二醇側鏈的富勒烯衍生物是由摩爾比為1:1的PCBM與聚乙二醇在異丙醇鈦催化下反應得到。

進一步地，所述含有聚乙二醇側鏈的富勒烯衍生物按如下步驟制備：將PCBM與聚乙二醇以相同的摩爾濃度溶解于氯苯中，再加入異丙醇鈦作為催化劑，在140℃下反應12小時后，加入水萃取產(chǎn)物，離心，再將所得水相真空干燥，得到所述含有聚乙二醇側鏈的富勒烯衍生物的粉末。

進一步地，所述聚乙二醇的分子量為4000~20000。