一种用于钙钛矿电池的二氧化钛薄层的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于太阳能电池技术领域，主要设及有机-无机巧铁矿型太阳能电池电极 材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 传统化工创造了大量的物质财富，满足了人类的物质生活需要，极大地促进了社 会发展与进步；同时，也产生了环境污染、全球变暖、化石资源日益枯竭等负面影响。太阳能 的充分利用，是解决目前人类面临的能源短缺和环境污染等问题，实现可持续发展的根本 途径之一。
[0003] 二氧化铁，作为重要的新能源W及环境保护材料，在光催化、太阳能发电、太阳能 集热等方面被广泛利用。它具有物理化学性能稳定、操作工艺简单、来源广泛、制作成本低 等优异的性能，是取代传统的娃太阳能电池的重要研究方向。
[0004] 有机巧铁矿太阳能电池技术的出现是第S代光伏技术的重大突破，它同时具备了 较高的光电转化效率和低廉的制造成本，并可通过有机化学的手段实现进一步的优化而受 到各国科研工作者的关注。特别是近两年，随着巧铁矿材料如MAPbIs(甲胺舰铅）的应用， 该种介观太阳能电池W超乎寻常的速度发展，光电转换效率从3. 8%快速提升至17. 9%，显 示出良好的应用前景。
[0005] 纳米花串型二氧化铁薄层是巧铁矿电池领域一个新的突破，它拥有更大的比表面 积，表面活性位数量多，并且拥有大量的表面缺陷，使其具有较强的捕获电子和空穴对的能 力，体现出优良的光催化性能。纳米花串型二氧化铁薄层通过水热反应中梯度水解制备而 成，其工艺简单，易于控制反应参数和条件，便于大量生产性能稳定的产品。
【发明内容】
[0006] 为了改善二氧化铁光催化剂效率低、光响应范围窄的缺点，制备光响应范围宽且 强的巧铁矿纳米晶，同时增加光散射及提高光的捕获，提高对太阳光的利用率，从而实现低 成本、高转化效率的太阳电池的构造技术。本发明提供了一种用于巧铁矿电池的二氧化铁 致密层的制备方法。
[0007] -种用于巧铁矿电池的二氧化铁的薄层的制备方法，所述的巧铁矿电池的结构为 导电玻璃、二氧化铁薄层、巧铁矿结构层，其特征在于，包括如下步骤： a. 将氣渗杂锡氧化物（FT0)导电玻璃在超声波中依次使用丙酬、己醇和去离子水清 洗，储存在己醇溶液中，作为导电衬底备用； b. 将浓盐酸与去离子水配成1 ;1混合溶液，把铁酸四正了醋按照1 ;10体积比加入上 述混合溶液中，通过水热反应制备出多级结构二氧化铁纳米花串胶体，再加入聚己二醇揽 拌均匀； C.将纳米二氧化铁胶体均匀地旋涂在导电玻璃表面，旋涂速度为2000r/min，厚度为 200 ~500nm; d. 将舰化铅溶液均匀地旋涂在二氧化铁涂层上，旋涂速度为2000r/min，厚度为 100~300皿，并于80°C干燥2min; e. 将甲基舰化锭溶液均匀地旋涂在舰化铅涂层上，旋涂速度为2000r/min，厚度为 100~300皿，并于80°C干燥2min，得到甲胺舰铅巧铁矿层。
[0008] 所述二氧化铁薄层为纳米二氧化铁半导体薄膜，其厚度为200~500nm。
[0009] 所述巧铁矿结构层为甲胺舰铅（C&N&Pbls)，其厚度为400nm。
[0010] 本发明的优点是，用于制备巧铁矿电池的二氧化铁薄层，其制备工艺在传统方法 的基础上改进，将铁酸四正了醋为铁源，按照1;1〇体积比加入浓盐酸与去离子水体积比为 1;1的溶液中，通过水热法制备出多级结构二氧化铁纳米花串，并首次将此形貌二氧化铁 胶体用于制备巧铁矿太阳能电池涂层。研究为巧铁矿太阳能电池后续的研究做好基础和准 备。简单的制作工艺、低廉的材料价格，广泛的原料来源也为本发明的工业生产提供了基础 和保障。
【附图说明】
[0011] 图1是巧铁矿电极材料的结构示意图。
[0012]图2是实施例1所得纳米花二氧化铁薄层SEM扫描图。
[0013] 图3是实施例2所得纳米花二氧化铁薄层光谱响应曲线图。
[0014]图4是实施例3所得纳米花二氧化铁薄层光谱响应曲线图。
[0015] 图5是实施例4所得纳米花二氧化铁薄层光伏曲线图。
【具体实施方式】
[0016] 本发明主要采取旋涂法，制备均匀稳定的巧铁矿电池涂层： 1、二氧化铁薄层制备： 使用铁酸四正了醋为来源，将浓盐酸与去离子水配成1;1混合溶液，把铁酸四正了醋 按照1;1〇体积比加入上述混合溶液中，通过水热反应制备出多级结构二氧化铁纳米花串 胶体，再加入聚己二醇揽拌均匀。在洗净的导电玻璃基底上旋涂，制成200~500nm厚的涂 层，最后放入马弗炉中，450°C退火比，形成一层致密的介孔二氧化铁薄膜。
[0017] 2、合成甲基舰化锭： 将30ml甲胺溶液与32. 3mL氨舰酸溶液依次加入圆底烧瓶中，在0°C条件下揽拌化，得 到均匀溶液，并转移至50°C旋转式汽化器蒸干，所得沉淀用己離清洗之后，在己離和己醇混 合溶液中重结晶，得到CH3NH3I(甲基舰化锭）固体，真空干燥2化后保存待用。
[001引 3、巧铁矿制备； 在手套箱中，将舰化铅固体溶解于DMF(N-N二甲基甲酯胺）溶液中，配制成均匀溶液， 在已制备的二氧化铁涂层上旋涂，并在80°C条件下干燥2min，制成100~300nm厚的舰化 铅涂层。将甲基舰化锭固体加入异丙醇溶液中，配制成均匀溶液，旋涂在已制备的舰化铅涂 层上，并在80°C条件下干燥2min。
[001引实施例1: 各涂层制备方法：
【主权项】
1. 一种用于钙钛矿电池的二氧化钛薄层的制备方法，所述的钙钛矿电池的结构为导 电玻璃、二氧化钛薄层、钙钛矿结构层，其特征在于，包括如下步骤： a. 将氟掺杂锡氧化物（FTO)导电玻璃在超声波中依次使用丙酮、乙醇和去离子水清 洗，储存在乙醇溶液中，作为导电衬底备用； b. 将浓盐酸与去离子水配成1 :1混合溶液，把钛酸四正丁酯按照1 :10体积比加入上 述混合溶液中，通过水热反应制备出多级结构二氧化钛纳米花串胶体，再加入聚乙二醇搅 拌均匀； c. 将纳米二氧化钛胶体均匀地旋涂在导电玻璃表面，旋涂速度为2000 r/min，厚度为 200 ~500nm ; d. 将碘化铅溶液均匀地旋涂在二氧化钛涂层上，旋涂速度为2000 r/min，厚度为 100 ~300nm，并于 80°C 干燥 2min ; e. 将甲基碘化铵溶液均匀地旋涂在碘化铅涂层上，旋涂速度为2000 r/min，厚度为 100~300nm，并于80°C干燥2min，得到甲胺碘铅钙钛矿层。
2. 根据要求1所述一种用于钙钛矿电池的二氧化钛薄层的制备方法，其特征在于，所 述二氧化钛薄层为纳米二氧化钛半导体薄膜，其厚度为200~500nm。
3. 根据要求1所述一种用于钙钛矿电池的二氧化钛薄层的制备方法，其特征在于，所 述钙钛矿结构层为甲胺碘铅（CH3NH 3PbI3),其厚度为400nm。
【专利摘要】本发明涉及一种用于钙钛矿电池的二氧化钛薄层的制备方法，首先以钛酸四正丁酯为钛源，按照1：10体积比加入浓盐酸与去离子水体积比为1：1的溶液中，实现梯度水解，从而通过水热法制备出多级结构二氧化钛纳米花串，再通过旋涂法，将二氧化钛胶体均匀地旋涂在导电玻璃片上，并进行高温煅烧，形成一层致密的二氧化钛薄膜涂层。再将碘化铅溶液和甲基碘化铵溶液依次旋涂在二氧化钛涂层上，待形成均匀的涂层后烘干，得到甲胺碘铅钙钛矿层。通过控制二氧化钛致密层的厚度，可以制备光响应范围宽且强的钙钛矿纳米晶，增加光散射及提高光的捕获，提高对太阳光的利用率，从而实现低成本、高转化效率的太阳电池的构造技术。
【IPC分类】H01L51-48
【公开号】CN104810480
【申请号】CN201510192665
【发明人】何丹农, 董毅, 林琳, 金彩虹
【申请人】上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月22日