[發明專利]TiO2

有效

• 申請號: 201810312071.3
• 申請日: 2018-04-09
• 公開（公告）號: CN108511607B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 王浩;陳柯宇;桃李
• 申請（專利權）人: 湖北大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/00
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 李鵬

本發明公開了TiO₂曲奇狀微球的制備方法以及制備鈣鈦礦太陽能電池的方法，TiO₂微球為乙腈、異丙醇、乙酰丙酮混合后，滴加鈦酸正四丁酯，四丁基氫氧化銨作為控制劑，在160℃?200℃加熱12h?20h，沉淀離心洗滌并干燥，再經高溫退火得到TiO₂微球粉末。將所得粉末與P25混合制備成漿料，旋涂在已涂有致密層的FTO上并作為鈣鈦礦太陽能電池的介孔層。在TiO₂薄膜上先后旋涂MAPbI₃和Spiro?OMeTAD，最后蒸鍍一層Au。該高比表面積的TiO₂微球采用一步水熱法，制備工藝簡單，成本低廉；所制備的TiO₂薄膜表現出優異的導電性及對可見光的吸收效應，同時將其應用在鈣鈦礦太陽能電池獲得了優良的光電轉化效率，為制備大面積、低成本、高效率的鈣鈦礦太陽能電池提供了可能。

技術領域

本發明屬于太陽能電池領域，具體為TiO₂曲奇狀微球的制備方法以及制備鈣鈦礦太陽能電池的方法。

背景技術

作為鈣鈦礦太陽電池(PSC)介孔層的納米材料需滿足以下幾個特點：一，透光性好，可透過更多的入射光，減小光損失；二，其導帶能級位置可以與吸光材料能級相匹配，減小激子能量損失；三，優異的電子輸運性能，有效抑制電子與空穴的復合；四，大的孔隙度及比表面積，有利于增強入射光在電池內部的反射，提高器件光捕獲能力。現階段常用作PSC介孔層材料的有TiO₂、ZnO、NiOx和ZrO2，其中應用最普遍的是廉價高效的TiO₂顆粒。相較其它幾種TiO₂陣列結構(納米線、納米棒及納米管)，介孔TiO₂納米球結構具有更大的比表面積，這個特點可以有效使介孔層和吸光材層緊密接觸形成更大的電子選擇接觸面積，有效提高PSC的短路電流密度(J_sc)和開路電壓(V_oc)。另外，有報道稱TiO₂納米球形成的多孔膜有助于其上的鈣鈦礦大晶粒的生長。

文獻報道的TiO₂顆粒制備方法主要有：(1)TiCl₄氣相氧化法，通過TiCl₄和O₂在900℃-1400℃下反應，生成納米TiO₂顆粒，再進行捕獲，實現氣固分離；(2)霧化水解法，采用鈦醇鹽為前驅體，利用超聲靜電等手段使其霧化成小液滴，經短時間水解得到二氧化鈦粉末；(3)熱等離子法，由氫氣或者氮氣組成的高溫等離子流中所存在大量高活性的離子附著在前驅體表面經歷熔融氣，最后成核生長，再急速冷卻，得到二氧化鈦顆粒；(4)溶膠凝膠法，將鈦酸鹽加入醇中不斷攪拌形成溶膠，接著和水發生水解反應，經失水失醇過程，再進行烘干煅燒研磨得到二氧化鈦粉末；(5)水熱合成法，通過控制溶液的壓力和溫度讓鈦源在高壓釜內水解；(6)液相沉積法，將堿類物質添加到鈦鹽溶液中形成Ti(OH)₄，再過濾洗滌烘干，最后通過煅燒得到不同晶型二氧化鈦。

不同合成方法各有優缺點，其中熱等離子法的優勢在于工純度高粒徑小，但是很難實現大規模生產；對于溶膠-凝膠法，所需要的溫度低工藝簡單顆粒小而且分散性好，但是成本較高，受儀器設備限制較大。

對于PSC組件來講，介孔結構是PSC的經典結構。電池的結構可以分為：工作電極(FTO，氧化錫摻氟)、電子阻擋層(EBL)、電子傳輸層、活性層、空穴傳輸層(HTM)和金屬對電極這六大部分組成。介孔結構衍生于DSSC，其主要的有點在于其本質是借助半導體氧化物納米構架框架傳輸光生電子。目前據報道，國際上穩定的PSC絕大部分都是基于納米介孔結構。現階段常用作PSC介孔層材料的有TiO₂、ZnO、NiO_x和ZrO₂，其中使用較為普遍的是廉價而且高效的TiO2材料。研究表明，介孔TiO₂薄膜結構具有更大的比表面積，經過測試表明能有效提高PSC的短路電流密度(Jsc)和開路電壓(Voc)。有報道稱TiO₂納米球形成的多孔結構有助于其上的鈣鈦礦大晶粒的生長。