CN109360896A - 一种新型钙钛矿太阳能电池制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型钙钛矿太阳能电池制备方法,以石墨棒作为电弧法制备添加剂的阴阳极,将2根石墨棒的阴阳极相对放置在液氮、液氩或水的反应媒介中,通入强电流进行直流电弧放电后制得添加剂碳纳米角或碳洋葱,然后在氮气、氨气中的任一种或二者混合气体的气氛下施加50V‑500V的偏压反应一端时间得到改性添加剂,将改性添加剂添加到集电极层、电子传输层和钙钛矿型光吸收层中;本发明具有有效提高光电转换效率、延长循环寿命、增强导电性能的优点。
Description
技术领域
本发明属于电池电极制备技术领域,具体涉及一种新型钙钛矿太阳能电池制备方法。
背景技术
近年来,随着全球工业化的快速发展,煤炭、天然气作为发电的主要能源的枯竭情况日益严重,并且利用煤炭和天然气进行发电时,煤炭和天然气燃烧后产生的二氧化碳对全球温室效应的产生带来严重的影响。因此,对太阳能的开发利用成为热门的研究方向。太阳能电池就是对太阳能开发利用的一种方式,通过太阳能电池将太阳能转换为电能,将太阳能转换到的电能进行利用,在个别供电领域中逐渐替代煤炭或天然气发电。
然而,目前的太阳能电池的光电转换效率低,不能将太阳能电池吸收的太阳能有效转换为电能,其原因是现有的太阳能电池内部的集电极、电子传输层的带电离子活性低,并且钙钛矿型光吸收层吸收太阳光性能弱,从而导致太阳能电池整体的光电转换率低,且其使用寿命短。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种有效提高光电转换效率、延长循环寿命、增强导电性能的新型钙钛矿太阳能电池制备方法。
本发明的技术方案如下:
一种新型钙钛矿太阳能电池制备方法,以改性碳洋葱、碳纳米角中的任一种或两者的混合物作为添加剂添加到集电极层、电子传输层和钙钛矿型光吸收层中。
所述的新型钙钛矿太阳能电池的具体制备方法为:
S21、在FTO导电玻璃上旋涂厚度为2mm的掺杂有添加剂的SnO2作为集电极层;
S22、在将掺杂有添加剂的氧化钛通过溅射法形成厚度在25nm-30nm的电子传输层设置在所述集电极层上;
S23、在所述电子输送层上涂布氧化钛糊剂,在空气氛围中加热至550℃维持45min烧制成多孔质层;
S24、在所述多孔质层上旋涂掺杂有添加剂的二甲基亚砜溶液在250℃下退火形成厚度为200nm-250nm的钙钛矿型光吸收层;
S25、在所述钙钛矿型光吸收层上刮涂厚度为200nm-250nm的空穴传输层;
S26、在所述空穴传输层上蒸镀70nm的金作为电极层。
进一步,所述步骤S21中集电极层中添加的添加剂为SnO2质量的0%-20%;
所述步骤S22中电子传输层中添加的添加剂为氧化钛质量的50%-100%;
所述步骤S24中钙钛矿型光吸收层中添加的添加剂为二甲基亚砜溶液质量的20%。
优选的,所述添加剂的粒径尺寸为10nm-100nm。
进一步,所述添加剂的具体制备过程为:
S51、以石墨棒作为电弧法制备添加剂,将2根石墨棒的阴阳两极相对放置在反应媒介中,通入1.5千安的强电流进行直流电弧放电,制得石墨棒的阳极产物即为添加剂;
S52、将步骤S51制得添加剂放入石英管的恒温区通入气氛后加热至400℃-1500℃,然后施加50V-500V的偏压反应1h-48h得到改性添加剂。
进一步,所述步骤S51中反应媒介为液氮、液氩或水中的任一种;
优选的,所述步骤S51中反应媒介为液氮或液氩时,石墨棒的阳极产物为碳纳米角;
优选的,所述步骤S51中反应媒介为水时,石墨棒的阳极产物为碳洋葱。
进一步,所述步骤S52中的气氛为氮气、氨气中的任一种或二者的混合气体。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、本发明以改性碳纳米角或碳洋葱作为添加剂按一定比例加入集电极层、电子传输层和钙钛矿型光吸收层中,有效提高太阳能电池的光电转换效率,并且提高带电离子负极铅膏中,有效提高集电极和电子传输层中带电离子的活性,并且有效提高钙钛矿型光吸收层吸收光的效率,从而有效提高太阳能电池的光电转换效率;
2、本发明中的添加剂以石墨棒作为电极采用电弧法制备作为制作锂离子电池电极的添加剂,并通过渗氮处理对添加剂引入碳氮键,从而提高添加剂的活性,进而使得改性后的添加剂对电极等导电性和耐用性给予提高;
总之,本发明具有有效提高光电转换效率、延长循环寿命、增强导电性能的优点。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种新型钙钛矿太阳能电池制备方法,以改性碳洋葱、碳纳米角中的任一种或两者的混合物作为添加剂添加到集电极层、电子传输层和钙钛矿型光吸收层中。
所述的新型钙钛矿太阳能电池的具体制备方法为:
S21、在FTO导电玻璃上旋涂厚度为2mm的掺杂有添加剂的SnO2作为集电极层;
S22、在将掺杂有添加剂的氧化钛通过溅射法形成厚度在25nm的电子传输层设置在所述集电极层上;
S23、在所述电子输送层上涂布氧化钛糊剂,在空气氛围中加热至550℃维持45min烧制成多孔质层;
S24、在所述多孔质层上旋涂掺杂有添加剂的二甲基亚砜溶液在250℃下退火形成厚度为250nm的钙钛矿型光吸收层;
S25、在所述钙钛矿型光吸收层上刮涂厚度为200nm的空穴传输层;
S26、在所述空穴传输层上蒸镀70nm的金作为电极层。
进一步,所述步骤S21中集电极层中添加的添加剂为SnO2质量的20%;
所述步骤S22中电子传输层中添加的添加剂为氧化钛质量的50%;
所述步骤S24中钙钛矿型光吸收层中添加的添加剂为二甲基亚砜溶液质量的20%。
优选的,所述添加剂的粒径尺寸为10nm。
进一步,所述添加剂的具体制备过程为:
S51、以石墨棒作为电弧法制备添加剂,将2根石墨棒的阴阳两极相对放置在反应媒介中,通入1.5千安的强电流进行直流电弧放电,制得石墨棒的阳极产物即为添加剂;
S52、将步骤S51制得添加剂放入石英管的恒温区通入气氛后加热至400℃,然后施加50V的偏压反应20h得到改性添加剂。
进一步,所述步骤S51中反应媒介为液氮、液氩或水中的任一种;
优选的,所述步骤S51中反应媒介为液氮或液氩时,石墨棒的阳极产物为碳纳米角;
优选的,所述步骤S51中反应媒介为水时,石墨棒的阳极产物为碳洋葱。
进一步,所述步骤S52中的气氛为氮气、氨气中的任一种或二者的混合气体。
实施例2
一种新型钙钛矿太阳能电池制备方法,以改性碳洋葱、碳纳米角中的任一种或两者的混合物作为添加剂添加到集电极层、电子传输层和钙钛矿型光吸收层中。
所述的新型钙钛矿太阳能电池的具体制备方法为:
S21、在FTO导电玻璃上旋涂厚度为2mm的掺杂有添加剂的SnO2作为集电极层;
S22、在将掺杂有添加剂的氧化钛通过溅射法形成厚度在30nm的电子传输层设置在所述集电极层上;
S23、在所述电子输送层上涂布氧化钛糊剂,在空气氛围中加热至550℃维持45min烧制成多孔质层;
S24、在所述多孔质层上旋涂掺杂有添加剂的二甲基亚砜溶液在250℃下退火形成厚度为200nm的钙钛矿型光吸收层;
S25、在所述钙钛矿型光吸收层上刮涂厚度为250nm的空穴传输层;
S26、在所述空穴传输层上蒸镀70nm的金作为电极层。
进一步,所述步骤S21中集电极层中添加的添加剂为SnO2质量的10%;
所述步骤S22中电子传输层中添加的添加剂为氧化钛质量的100%;
所述步骤S24中钙钛矿型光吸收层中添加的添加剂为二甲基亚砜溶液质量的20%。
优选的,所述添加剂的粒径尺寸为20nm。
进一步,所述添加剂的具体制备过程为:
S51、以石墨棒作为电弧法制备添加剂,将2根石墨棒的阴阳两极相对放置在反应媒介中,通入1.5千安的强电流进行直流电弧放电,制得石墨棒的阳极产物即为添加剂;
S52、将步骤S51制得添加剂放入石英管的恒温区通入气氛后加热至1000℃,然后施加300V的偏压反应24h得到改性添加剂。
进一步,所述步骤S51中反应媒介为液氮、液氩或水中的任一种;
优选的,所述步骤S51中反应媒介为液氮或液氩时,石墨棒的阳极产物为碳纳米角;
优选的,所述步骤S51中反应媒介为水时,石墨棒的阳极产物为碳洋葱。
进一步,所述步骤S52中的气氛为氮气、氨气中的任一种或二者的混合气体。
实施例3
一种新型钙钛矿太阳能电池制备方法,以改性碳洋葱、碳纳米角中的任一种或两者的混合物作为添加剂添加到集电极层、电子传输层和钙钛矿型光吸收层中。
所述的新型钙钛矿太阳能电池的具体制备方法为:
S21、在FTO导电玻璃上旋涂厚度为2mm的掺杂有添加剂的SnO2作为集电极层;
S22、在将掺杂有添加剂的氧化钛通过溅射法形成厚度在26nm的电子传输层设置在所述集电极层上;
S23、在所述电子输送层上涂布氧化钛糊剂,在空气氛围中加热至550℃维持45min烧制成多孔质层;
S24、在所述多孔质层上旋涂掺杂有添加剂的二甲基亚砜溶液在250℃下退火形成厚度为210nm的钙钛矿型光吸收层;
S25、在所述钙钛矿型光吸收层上刮涂厚度为220nm的空穴传输层;
S26、在所述空穴传输层上蒸镀70nm的金作为电极层。
进一步,所述步骤S21中集电极层中添加的添加剂为SnO2质量的15%;
所述步骤S22中电子传输层中添加的添加剂为氧化钛质量的60%;
所述步骤S24中钙钛矿型光吸收层中添加的添加剂为二甲基亚砜溶液质量的20%。
优选的,所述添加剂的粒径尺寸为10nm和80nm,其中电子传输层中掺杂的添加剂的粒径尺寸为10nm,集电极层以及钙钛矿型光吸收层中掺杂的添加剂的粒径尺寸为80nm。
进一步,所述添加剂的具体制备过程为:
S51、以石墨棒作为电弧法制备添加剂,将2根石墨棒的阴阳两极相对放置在反应媒介中,通入1.5千安的强电流进行直流电弧放电,制得石墨棒的阳极产物即为添加剂;
S52、将步骤S51制得添加剂放入石英管的恒温区通入气氛后加热至800℃,然后施加450V的偏压反应24h得到改性添加剂。
进一步,所述步骤S51中反应媒介为液氮、液氩或水中的任一种;
优选的,所述步骤S51中反应媒介为液氮或液氩时,石墨棒的阳极产物为碳纳米角;
优选的,所述步骤S51中反应媒介为水时,石墨棒的阳极产物为碳洋葱。
进一步,所述步骤S52中的气氛为氮气、氨气中的任一种或二者的混合气体。
实施例4
一种新型钙钛矿太阳能电池制备方法,以改性碳洋葱、碳纳米角中的任一种或两者的混合物作为添加剂添加到集电极层、电子传输层和钙钛矿型光吸收层中。
所述的新型钙钛矿太阳能电池的具体制备方法为:
S21、在FTO导电玻璃上旋涂厚度为2mm的掺杂有添加剂的SnO2作为集电极层;
S22、在将掺杂有添加剂的氧化钛通过溅射法形成厚度在23nm的电子传输层设置在所述集电极层上;
S23、在所述电子输送层上涂布氧化钛糊剂,在空气氛围中加热至550℃维持45min烧制成多孔质层;
S24、在所述多孔质层上旋涂掺杂有添加剂的二甲基亚砜溶液在250℃下退火形成厚度为230nm的钙钛矿型光吸收层;
S25、在所述钙钛矿型光吸收层上刮涂厚度为230nm的空穴传输层;
S26、在所述空穴传输层上蒸镀70nm的金作为电极层。
进一步,所述步骤S21中集电极层中添加的添加剂为SnO2质量的15%;
所述步骤S22中电子传输层中添加的添加剂为氧化钛质量的70%;
所述步骤S24中钙钛矿型光吸收层中添加的添加剂为二甲基亚砜溶液质量的20%。
优选的,所述添加剂的粒径尺寸为20nm和90nm,其中电子传输层中掺杂的添加剂的粒径尺寸为20nm,集电极层以及钙钛矿型光吸收层中掺杂的添加剂的粒径尺寸为90nm。
进一步,所述添加剂的具体制备过程为:
S51、以石墨棒作为电弧法制备添加剂,将2根石墨棒的阴阳两极相对放置在反应媒介中,通入1.5千安的强电流进行直流电弧放电,制得石墨棒的阳极产物即为添加剂;
S52、将步骤S51制得添加剂放入石英管的恒温区通入气氛后加热至1200℃,然后施加400V的偏压反应40h得到改性添加剂。
进一步,所述步骤S51中反应媒介为液氮、液氩或水中的任一种;
优选的,所述步骤S51中反应媒介为液氮或液氩时,石墨棒的阳极产物为碳纳米角;
优选的,所述步骤S51中反应媒介为水时,石墨棒的阳极产物为碳洋葱。
进一步,所述步骤S52中的气氛为氮气、氨气中的任一种或二者的混合气体。
实施例5
一种新型钙钛矿太阳能电池制备方法,以改性碳洋葱、碳纳米角中的任一种或两者的混合物作为添加剂添加到集电极层、电子传输层和钙钛矿型光吸收层中。
所述的新型钙钛矿太阳能电池的具体制备方法为:
S21、在FTO导电玻璃上旋涂厚度为2mm的掺杂有添加剂的SnO2作为集电极层;
S22、在将掺杂有添加剂的氧化钛通过溅射法形成厚度在30nm的电子传输层设置在所述集电极层上;
S23、在所述电子输送层上涂布氧化钛糊剂,在空气氛围中加热至550℃维持45min烧制成多孔质层;
S24、在所述多孔质层上旋涂掺杂有添加剂的二甲基亚砜溶液在250℃下退火形成厚度为240nm的钙钛矿型光吸收层;
S25、在所述钙钛矿型光吸收层上刮涂厚度为240nm的空穴传输层;
S26、在所述空穴传输层上蒸镀70nm的金作为电极层。
进一步,所述步骤S21中集电极层中添加的添加剂为SnO2质量的11%;
所述步骤S22中电子传输层中添加的添加剂为氧化钛质量的60%;
所述步骤S24中钙钛矿型光吸收层中添加的添加剂为二甲基亚砜溶液质量的20%。
优选的,所述添加剂的粒径尺寸为15nm和95nm,其中电子传输层中掺杂的添加剂的粒径尺寸为15nm,集电极层以及钙钛矿型光吸收层中掺杂的添加剂的粒径尺寸为95nm。
进一步,所述添加剂的具体制备过程为:
S51、以石墨棒作为电弧法制备添加剂,将2根石墨棒的阴阳两极相对放置在反应媒介中,通入1.5千安的强电流进行直流电弧放电,制得石墨棒的阳极产物即为添加剂;
S52、将步骤S51制得添加剂放入石英管的恒温区通入气氛后加热至900℃,然后施加330V的偏压反应36h得到改性添加剂。
进一步,所述步骤S51中反应媒介为液氮、液氩或水中的任一种;
优选的,所述步骤S51中反应媒介为液氮或液氩时,石墨棒的阳极产物为碳纳米角;
优选的,所述步骤S51中反应媒介为水时,石墨棒的阳极产物为碳洋葱。
进一步,所述步骤S52中的气氛为氮气、氨气中的任一种或二者的混合气体。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种新型钙钛矿太阳能电池制备方法,其特征在于,以改性碳洋葱、碳纳米角中的任一种或两者的混合物作为添加剂添加到集电极层、电子传输层和钙钛矿型光吸收层中。
2.如权利要求1所述的新型钙钛矿太阳能电池制备方法,其特征在于,具体做法为:
S21、在FTO导电玻璃上旋涂厚度为2mm的掺杂有添加剂的SnO2作为集电极层;
S22、在将掺杂有添加剂的氧化钛通过溅射法形成厚度在25nm-30nm的电子传输层设置在所述集电极层上;
S23、在所述电子输送层上涂布氧化钛糊剂,在空气氛围中加热至550℃维持45min烧制成多孔质层;
S24、在所述多孔质层上旋涂掺杂有添加剂的二甲基亚砜溶液在250℃下退火形成厚度为200nm-250nm的钙钛矿型光吸收层;
S25、在所述钙钛矿型光吸收层上刮涂厚度为200nm-250nm的空穴传输层;
S26、在所述空穴传输层上蒸镀70nm的金作为电极层。
3.如权利要求2所述的新型钙钛矿太阳能电池制备方法,其特征在于:
所述步骤S21中集电极层中添加的添加剂为SnO2质量的0%-20%;
所述步骤S22中电子传输层中添加的添加剂为氧化钛质量的50%-100%;
所述步骤S24中钙钛矿型光吸收层中添加的添加剂为二甲基亚砜溶液质量的20%。
4.如权利要求1所述的新型钙钛矿太阳能电池制备方法,其特征在于:所述添加剂的粒径尺寸为10nm-100nm。
5.如权利要求1所述的新型钙钛矿太阳能电池制备方法,其特征在于,所述添加剂的具体制备过程为:
S51、以石墨棒作为电弧法制备添加剂,将2根石墨棒的阴阳两极相对放置在反应媒介中,通入1.5千安的强电流进行直流电弧放电,制得石墨棒的阳极产物即为添加剂;
S52、将步骤S51制得添加剂放入石英管的恒温区通入气氛后加热至400℃-1500℃,然后施加50V-500V的偏压反应1h-48h得到改性添加剂。
6.如权利要求5所述的新型钙钛矿太阳能电池制备方法,其特征在于:所述步骤S51中反应媒介为液氮、液氩或水中的任一种;
优选的,所述步骤S51中反应媒介为液氮或液氩时,石墨棒的阳极产物为碳纳米角;
优选的,所述步骤S51中反应媒介为水时,石墨棒的阳极产物为碳洋葱。
7.如权利要求5所述的新型钙钛矿太阳能电池制备方法,其特征在于:所述步骤S52中的气氛为氮气、氨气中的任一种或二者的混合气体。
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