[發明專利]一種離子液體輔助微波原位低溫制備鈣鈦礦太陽電池電子傳輸層的方法

在審

• 申請號: 201910085433.4
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN109830602A
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發明（設計）人: 苗青青;張鎖江
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/48
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明涉及一種離子液體輔助微波原位低溫制備鈣鈦礦太陽電池電子傳輸層的方法,其特征在于電子傳輸層通過離子液體輔助微波法在導電基底上進行原位低溫合成。該原位方法簡單、可操作性強、反應溫度低、反應時間短、成本低，綠色環保，同時具有不需高溫退火，僅在80℃下干燥即可直接使用等特點，可獲得高純度、尺寸均勻、高性能的二氧化鈦電子傳輸層材料。有效降低了生產工藝損耗、縮短了生產周期并降低了成本，具有更高的光電轉換效率，尤其適用于柔性電池的制備。

技術領域

本發明涉及光伏領域，特別涉及一種離子液體輔助微波原位制備電子傳輸層的方法及鈣鈦礦太陽電池。

背景技術

開發可再生綠色能源是解決當前能源危機及環境污染的有效方式。太陽能是一種重要的潔凈和可再生能源，太陽電池是利用太陽能的重要手段之一。提高太陽電池的光電轉換效率降低成本是光伏領域的核心課題。鈣鈦礦太陽電池作為一種新型太陽電池，自2009年鈣鈦礦材料首次被用于太陽電池中，在短短幾年間內其效率從2009年的3.8％飛躍至2015年的21.0％，目前已超過23％，效率已達到商業化的水平。鈣鈦礦太陽電池被認為是最具有產業化實力的新型太陽電池，具有廣闊的應用前景和強有力的市場競爭力。鈣鈦礦太陽電池作為一種新型全固態光伏器件，具有光電轉換效率高、工藝簡單、成本低廉、原材料豐富、易于大規模生產等諸多優點，迅速成為當前國際前沿熱點研究領域。

鈣鈦礦太陽電池基本結構通常由導電基底、電子傳輸層、(多孔層)、鈣鈦礦光吸收層、空穴傳輸層(spiro-MeOTAD)及金屬電極(通常為Au)組成。其中電子傳輸層是鈣鈦礦太陽電池的重要組成部分，其性能直接影響鈣鈦礦太陽電池的光電轉換效率。當前的電子傳輸材料通常為二氧化鈦、氧化鋅、二氧化錫等。上述材料在制備電子傳輸層的過程中，反應溫度較高且需要高溫退火，退火溫度一般都高于200℃，增大了工藝損耗及電池的成本，不利于大規模工業化生產。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術中的不足，提供一種方法簡單、可操作性強、低溫制備且不需高溫退火的鈣鈦礦太陽電池電子傳輸層的制備方法。所述原位方法具有反應溫度低、反應時間短、不需高溫退火、成本低等特點，可獲得高純度、尺寸均勻、光學性能良好的電子傳輸層材料。

本發明提出的解決方案是：一種離子液體輔助微波原位低溫制備鈣鈦礦太陽電池電子傳輸層的方法,其特征在于電子傳輸層通過離子液體輔助微波法在導電基底上進行原位低溫合成，包括如下步驟：

(5)將氯化鈦/鈦酸四丁酯/氟化鈦的水溶液/醇溶液及功能化離子液體混合均勻；

(6)將干凈的導電基底置于反應液中；

(7)反應液在50℃-70℃下微波加熱反應；

(8)自然冷卻后導電基底分別用水、乙醇沖洗后80℃干燥后獲得在導電基底上原位生長的電子傳輸層。

本發明所述微波加熱反應時間為0-30min。

本發明采用離子液體輔助微波法，在50℃-70℃的低溫條件下原位合成了鈣鈦礦太陽電池電子傳輸層,反應后直接用水、乙醇沖洗后80℃干燥后即可直接獲得在導電基底上原位生長的電子傳輸層。該原位方法簡單、可操作性強、反應溫度低、反應時間短、成本低，同時具有不需高溫退火，僅在80℃下干燥即可直接使用等特點，可獲得高純度、尺寸均勻、光學性能良好的電子傳輸層材料。