一种钙钛矿型氧化物NaTaO3及其作为太阳能电池电子传输层的应用的制作方法

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种钙钛矿型氧化物natao3及其作为太阳能电池电子传输层的应用。

背景技术：

具有钙钛矿结构的碱性铌酸盐和钽酸盐半导体是重要的功能材料，其在压电、发光、光催化、热电、电介质、铁电属性等方面表现出优越的性能，因此在很多领域发挥了巨大的应用潜力。纳米颗粒的大表面积的优点可以帮助改善表面电子过程，例如增加/减少和电子的注入/提取。用于合成钽酸盐和铌酸盐粉末的常规方法涉及基于固态的反应，其需要在高于800℃的温度下长的加热时间。这种高温处理导致大的晶粒尺寸为约1-2mm。溶胶-凝胶法可以将反应温度降低到600-700℃，粒度可以降低到几十纳米。然而，颗粒的聚集几乎是不可避免的。在这项研究中，我们开发了一种方便的两步水热法制备水分散性natao3纳米颗粒。原材料便宜，并且得到的natao3纳米颗粒在水中具有良好的分散稳定性。并且我们首次将钽酸钠作为电子传输层应用在钙钛矿太阳能电池中。所制备的电子传输层有良好的透过率，并且和传统的电子传输材料相比降低了薄膜的缺陷态。

技术实现要素：

为了解决以上现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种钙钛矿型氧化物natao3及其作为太阳能电池电子传输层的应用。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种钙钛矿型氧化物natao3的制备方法，包括以下步骤：

（1）将tacl5的乙醇溶液和柠檬酸水溶液作为原料制备混合溶液，调节溶液ph值为1.6-2.0，然后将溶液转移到特氟隆衬里高压釜中，将高压釜密封并在170℃-210℃下加热10-16小时-16，然后在空气中冷却至室温，得到白色凝胶状前体，将其离心、洗涤、干燥后用于下一步；

（2）将步骤（1）得到的前体与去离子水、naoh和甘油混合，加入到高压釜中并且在160-180℃加热6-8小时，然后在空气中冷却至室温，将反应产物离心、洗涤，最后分散在水中以获得均匀分散的natao3纳米粒子。

优选的，所述tacl5和柠檬酸的质量比为5:7。

优选的，所述步骤（2）中各原料的添加量为：前体0.3g、去离子水14ml、naoh1g、甘油6ml。

以上所述的制备方法制得的natao3纳米粒子作为太阳能电池电子传输层的应用。

natao3纳米粒子作为太阳能电池电子传输层的应用中，将natao3分散液旋涂在基底上制得太阳能电池的电子传输层。

优选的，所述旋涂速度为4000-5000r/min，时间40s-50s。

有益效果：本发明提供了一种钙钛矿型氧化物natao3及其作为太阳能电池电子传输层的应用，本发明具有以下优势：（1）本发明首次将natao3应用在钙钛矿太阳能电池中，（2）natao3合成温度较低，（3）所获得的natao3纳米溶液分散性好，且纳米粒子尺寸为6-40nm，（5）使用natao3作为电子传输层，与传统电子传输材料相比，有更低的缺陷态，（6）所制备的电子传输层有良好的透过率。

附图说明

图1为实施例1制得的natao3纳米粒子的透射电子显微镜图以及粒径分布图。

图2为实施例1制得的natao3的xps谱图。

图3为实施例2制得的natao3作为电子传输层的透过图。

图4为natao3作为电子传输层和二氧化钛作为电子传输层的缺陷态分布对比图。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，但实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

实施例1

（1）将0.50gtacl5溶于6ml乙醇中，0.70g柠檬酸溶于6ml去离子水中，混合搅拌20min，将naoh水溶液滴入混合溶液中调节ph值（其中naoh水溶液是将0.14-0.2g氢氧化钠溶于8ml去离子水中），调节ph值为1.6-2.0；转移到容量为30ml的特氟隆衬里高压釜中，将高压釜密封并在180℃下加热10小时，然后在空气中冷却至室温，制得白色凝胶状前体，然后离心、洗涤、在90℃空气中干燥后用于下一步；

（2）将步骤（1）制得的0.3g前体、14ml去离子水、1gnaoh和6ml甘油混合，加入到高压釜中并且在180℃加热8小时，然后在空气中冷却至室温。将获得的natao3纳米粒子离心，用去离子水洗涤两次并分散在30-50ml水中以获得均匀分布的纳米粒子。

图1为natao3纳米粒子的透射电子显微镜图以及粒径分布图。从图中可以得出，所合成的natao3纳米粒子分散均匀，并且尺寸在6-40nm左右。

图2为natao3的xps谱，其中a图为o1s轨道的xps图，b图为ta4f轨道的xps图,c图为na1s轨道的xps图,证明了我们所合成的物质是纯的natao3。

实施例2

将实施例1制得的natao3分散液旋涂在fto基底上制得钙钛矿太阳能电池的电子传输层，其中旋涂速度为4000r/min，时间40s，厚度70nm。

图3为natao3作为电子传输层的透过图，可以看出所制备的电子传输层透过率超过80%，良好的透过率是作为电子传输层的必备条件。

对比例1

对比例1与实施例2的区别在于natao3分散液替换为二氧化钛，其他条件与实施例2相同。

图4为natao3作为电子传输层的缺陷态分布和二氧化钛作为电子传输层的缺陷态分布对比图，从图中可以看出钽酸钠单层的缺陷态密度在浅陷阱区域明显低于二氧化钛层的缺陷态。说明natao3作为电子传输层的内部缺陷少于二氧化钛层。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种钙钛矿型氧化物NaTaO3及其作为太阳能电池电子传输层的应用，NaTaO3的制备方法包括以下步骤：（1）将TaCl5的乙醇溶液和柠檬酸水溶液作为原料制备混合溶液，调节pH值为1.6‑2.0，于高压釜中180℃下加热得到白色凝胶状前体；（2）将步骤（1）得到的前体与去离子水、NaOH和甘油混合，加入到高压釜中并且在180℃加热8小时，经处理后得到NaTaO3纳米粒子。本发明制得的NaTaO3纳米粒子分散性好，其作为电子传输层，与传统电子传输材料相比，有更低的缺陷态，所制备的电子传输层有良好的透过率。因此，本发明制得的NaTaO3在太阳能电池领域具有广泛的应用前景。

技术研发人员：王照奎;廖良生;叶青青
受保护的技术使用者：苏州大学
技术研发日：2019.01.16
技术公布日：2019.04.19