[發明專利]基于可控氧化鐵納米粒子的鈣鈦礦電池及其制備方法

在審

• 申請號: 202011348394.1
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112490364A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 盧豪;房松;陳博
• 申請（專利權）人: 蘇州科技大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/48
• 代理公司: 蘇州市中南偉業知識產權代理事務所(普通合伙) 32257
• 代理人: 王玉仙

本發明公開了一種基于可控氧化鐵納米粒子的鈣鈦礦電池及其制備方法，屬于太陽能電池技術領域。本發明中采用可控的氧化鐵納米粒子作為載體，形成致密的氧化鐵薄膜，提高了氧化鐵薄膜的質量，同時薄膜具有非常好的致密性，降低了紫外線照射對鈣鈦礦層的分解作用，以此來提高電池的穩定性能。本發明的氧化鐵納米粒子制成的薄膜制備簡單易操作，且對設備要求低，該結構可以利用在染料敏化電池，量子點電池和鈣鈦礦電池等新型太陽能電池領域。本發明制備的氧化鐵將同時作為電子傳輸的載體和吸收紫外線的材料，以鈣鈦礦材料作為吸光組分，可以實現在全可見光范圍吸光，最終突破14.3％的效率，并在300W的Xe燈照射100小時下還可以保持95％的效率。

技術領域

本發明涉及一種基于可控氧化鐵納米粒子的鈣鈦礦電池及其制備方法，屬于太陽能電池技術領域。

背景技術

太陽能是目前利用程度最廣，清潔和安全性能最高的一種新型能源。目前太陽能電池中占有主要成分的是硅基太陽能電池，這種電池的轉換效率較高，性能較穩定，但是為了制備出高質量的單晶硅材料會消耗大量的能源并且產生一定的環境污染。所以發現并研究新型太陽能電池具有很大的意義。

從2009年開始，一種具有鈣鈦礦結構的有機無機復合金屬鹵化物材料進入了科研工作者的視野。其基本化學結構可以寫作ABX₃。其中A位是有機物基團，一般可以為甲胺基團(CH₃NH₃)；B位是無機金屬，一般可以為鉛(Pb)或者錫(Sn)；X位為鹵族元素，一般可以為碘(I)，溴(Br)，氯(Cl)或者這幾種元素的混合。

這些年來鈣鈦礦電池發展的非常迅速，從2009年的3.8％的效率提高到現在超過25％的效率，在換能效率上已經實現了對多晶硅太陽能電池的超越。新型的鈣鈦礦電池其主要由導電玻璃層，一般為FTO或者ITO玻璃；電子傳輸層，一般為二氧化鈦，氧化鋅或者氧化錫等具有良好電子傳輸性能的半導體；吸光層，有機無機復合的技術鹵化鈣鈦礦結構；空穴傳輸層，一般為P3HT或者Sprio-MeOTAD；上電極，一般為100-200nm厚的銀或者金。

但是鈣鈦礦電池中的電子傳輸層受太陽光中的紫外線照射，會與鈣鈦礦材料反應從而分解鈣鈦礦。如何制備紫外光穩定的鈣鈦礦電池一直是一個研究的難點。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供一種能夠提高紫外光穩定性且制備容易，操作簡單的利用可控的氧化鐵納米粒子構成的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。

本發明的第一個目的是提供一種基于可控氧化鐵納米粒子的薄膜，所述的薄膜通過如下方法制備得到：

S01、將粒徑為5-25nm的氧化鐵粒子分散在水相中，配制成氧化鐵母體溶液；

S02、采用S01步驟的氧化鐵母體溶液在導電基底上制備氧化鐵晶粒，得到分布氧化鐵晶粒的薄膜基片；

S03、對S02步驟的薄膜基片按照0.5-2℃/min升溫至500-600℃進行退火處理，并在500-600℃煅燒1-3h，冷卻后得到所述的基于可控氧化鐵納米粒子的薄膜。

進一步地，在S01步驟中，氧化鐵母體溶液的濃度為2-20mg/mL。

進一步地，在S02步驟中，制備氧化鐵晶粒采用旋涂方式進行制備。

進一步地，所述的旋涂的轉速為3000-5000轉/分鐘。

本發明的第二個目的是提供一種基于可控氧化鐵納米粒子的鈣鈦礦電池，所述的鈣鈦礦電池包括所述的基于可控氧化鐵納米粒子的薄膜。

本發明的第三個目的是提供所述的基于可控氧化鐵納米粒子的鈣鈦礦電池的制備方法，包括如下步驟：

S1、將粒徑為5-25nm的氧化鐵粒子分散在水相中，配制成氧化鐵母體溶液；