[發明專利]一種用于鈣鈦礦太陽能電池電子傳輸層的水滑石熱解材料及其制備方法、鈣鈦礦太陽能電池

有效

• 申請號: 201810315359.6
• 申請日: 2018-04-10
• 公開（公告）號: CN108511608B
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 陸軍;陳文鵬
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 北京太兆天元知識產權代理有限責任公司 11108
• 代理人: 張洪年

本發明涉及一種用于鈣鈦礦太陽能電池電子傳輸層的水滑石熱解材料及其制備方法、鈣鈦礦太陽能電池。本發明利用鋅源和鋁源通過膠體磨法制備出鋅鋁水滑石后，將其熱解產物鋁摻雜的氧化鋅二維納米片用有機溶劑分散，旋涂到基底FTO上，500?600℃下退火形成電子傳輸層。利用水滑石納米片抗水和穩定的特性，使鈣鈦礦物質的穩定性得以提高，同時電極材料選擇碳電極作為陽極，密封性得以提高，更加可以提高鈣鈦礦層的抗潮解性能，同時延長鈣鈦礦電池的壽命。此外，本發明提供的電池制備簡單，可簡化對器件封裝的要求，提高器件壽命，降低制造成本。

技術領域

本發明屬于光電材料技術領域，具體而言，涉及一種用于鈣鈦礦太陽能電池電子傳輸層的水滑石熱解材料及其制備方法、鈣鈦礦太陽能電池。

背景技術

層狀雙金屬氫氧化物(LDHs)又稱為水滑石,是一種新型的具有分層結構的無機功能材料,是由帶正電層板金屬陽離子和層間陰離子構成。一般的化學結構式可用[M^II_1-xM^III_x(OH)₂]^z+(A^n-)_z/n·yH₂O來描述，其中M_II和M_III分別為二價和三價金屬；A^n-則是層間陰離子。這種材料的特點是合成簡便且具有相對較大的比表面體積和很高的陰離子交換能力，以LDHs為前驅所制備的摻雜氧化物的摻雜離子分布高度均勻。因此,以鋅鋁水滑石為前驅物，在一定的退火溫度下熱解制備了特定鋅/鋁摩爾比的摻雜氧化鋅并及其作為鈣鈦礦太陽能電池電子傳輸層，研究了這種鋁摻雜氧化鋅的光電性能。

太陽能電池領域的發展分為傳統的電池和新概念的太陽能電池。傳統太陽能電池主要為硅太陽能電池，因為硅是一種半導體材料，吸收太陽光后會產生一定的光伏效應。傳統太陽能電池為基于硅晶片的單晶硅和多晶硅以及GaAs為主要的材料的電池。但是，這種電池問題主要還是成本過高，所以發展新型材料的太陽能電池成為一種趨勢。新概念的太陽能電池主要以薄膜為主，如染料敏化電池、鈣鈦礦太陽能電池。染料敏化電池染料敏化太陽能電池(DSSCs)主要由工作電極、氧化還原電解質和對電極組成。光陽極就是工作電極，是由染料敏化的nc-TiO₂多孔膜來構成的；其中二氧化鈦的光陽極是整個DSSCs的核心部分，在電池中不僅起到負載染料的作用外，還起到了接收電子和傳輸電子的作用。但是，染料敏化電池的能量轉換效率不算很高。鈣鈦礦電池(PSC)從2012年報道的效率為9.7％的電池，經過幾年的研究，已經取得驚人的進展，其電池具有優異的重現性，功率轉換效率(PCE)高達21.6％，在標準AM 1.5G的條件下認證的PCE為21.02％。PSC具有很好的發展前景，有望在未來作為一種新型的能源器件投入人類的生活應用中。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于鈣鈦礦太陽能電池電子傳輸層的水滑石熱解材料及其制備方法、鈣鈦礦太陽能電池。

一種用于鈣鈦礦太陽能電池電子傳輸層的水滑石熱解材料，是通過高溫熱解鋅鋁水滑石得到的鋁摻雜氧化鋅。

所述鋅鋁水滑石是通過膠體磨法制備的納米片狀鋅鋁水滑石，化學式為[Zn²⁺_1-xAl³⁺_x(OH)₂]^x+(CO₃^2-)_3x/2·mH₂O，其中0.27≤x≤0.44，m為結晶水含量，0.1≤m≤5。

所述鋅鋁水滑石中鋅鋁摩爾比為2-5：1。

所述鋅鋁水滑石高溫熱解時的退火溫度為500℃-600℃，退火時間不超過1h。

上述用于鈣鈦礦太陽能電池電子傳輸層的水滑石熱解材料的制備方法，包括以下步驟：