基于针状焦的钙钛矿太阳能电池背电极的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种利用针状焦作为巧铁矿太阳能电池背电极的制备方法。
【背景技术】
[0002] 光伏器件通过把太阳光福射的光能转化成电能，由于期间所产生的能量对环境造 成的影响最小而受到人们的广泛关注。尽管由娃和复合半导体制成的固态异质结器件有 很高的效率，甚至统治了整个商业市场，但是该些光伏技术由于材料昂贵和制作工艺复杂 等缺陷，使之在市场上的进一步发展受到了抑制（化t.化oton.，2012,6, 162 - 169,化化re， 2012,488, 304 - 312,化t.Wioton.，2012,6, 133 - 135,Adv.Mater.，2007,19, 1551 - 1566)。 因此，有机电池（Adv.Mater.，2006,18, 789 - 794，Adv.EnergyMater.，2011，1, 517 - 522， Adv.Mater.，2009, 21，1似4 - 1449)，无机电池（Adv.Mater.，2012, 24, 720 - 723,J.Am. 化em.Soc.，2012,134, 2910 - 2913)，量子点电池和染料敏化太阳能电池值SSCs)(化化re， 1991，353, 737 - 740,Adv.F^mct.Mater.，2005,15, 1940 - 1944,Adv.F^mct.Mater.，2013， 23 (26) ,3344 - 3352，Mater.Today, 2013,16, 11 - 18)等一系列新兴电池由于其制作成本低 廉和工艺简单等优势受到人们的广泛关注。但是该些光伏器件的效率始终不能满足需要。 有机-无机杂化金属面化物C册畑3化X3因具有与属正交（斜方）晶系的氧化物矿物化Ti03 相同的结构而得名；有机-无机杂化巧铁矿。在过去的=年中，该种材料一直被用作太阳 能电池的光敏剂（NanoLett. ,2013,13, 1764 - 1769)，其原因是它有很多的优点；直接带 隙、较大的光吸收系数和较高的载流子迁移率（J.Am.化em.Soc.，2012,134, 17396 - 17399， Chem.Lett.，2012,41，397 - 399,Science, 1999, 286, 945 - 947)。目前，应用有机材料（例 如Spiro-OMeTAD、PTAA)作为巧铁矿太阳能电池的空穴传输层所形成的太阳能电池最终 的能量转化效率通常能达到 12 ~15% (化t.Wioton.，2013,7, 486 - 491，Chem.Commun.， 2013,49, 7277 - 7279，Prog.Photovol:Res.Appl.，2012, 20, 12 - 20，EnergyElnviron. Sci. ,2013,6,1480 - 1485,EnergyEnviron.Sci. ,2013,6,1739 - 1743,Science,2012, 338, 643 - 647,J.Am.Chem.Soc. ,2009,131，6050 - 6051)，该种效率已经和商业娃太阳能电 池相当。更为重要的是，该些巧铁矿纳米晶体由于本身具有自主装性能故可W通过简单廉 价的方法进行合成，该就预示着它完全有潜能去降低能量生产的成本。
[0003] 然而，该些具有较高效率的光伏设备所使用的背电极仍然是贵金属金或者 是银，并且需要在较高的真空条件下将其制备到巧铁矿层上（J.Am.化em.Soc. ,2012， 134, 17396 - 17399,化t.Wioton.，2013,7,486 - 491)。很明显，该种成本高的背电极并不适 合商业化的大规模生产。并且，该种真空蒸锻法来制作背电极是一种极其耗能的方法。因 此，要寻找廉价丰富的材料来作为有机-无机杂化巧铁矿太阳能电池的背电极。
[0004] 碳材料由于来源广泛，价格低廉，已经被成功应用在染料敏化太阳能电池中（Sol. ElnergyMate.Sol.Cells, 1996,44, 99 - 117，Carbon53,2013,53, 11 - 18，Elechochim. Acta, 2012,69, 3；M- 339，Appl.Phys.Lett.，2009,94, 103102)。1996 年，Kay和GrjitzeTI 首次把碳黑和石墨的复合物应用到液态染料敏化太阳能电池的背电极，并获得了 6. 7%的 能量转换效率（Sol.EnergyMate.Sol.Cells, 1996,44, 99 - 117)。该种单机版电池的优点 就是不同功能层可W通过简单的丝网印刷技术一层一层的印刷到FT0玻璃上，该对于W后 的商业化生产具有积极的推动作用。此外，碳的功函数（-5.OeV)与金（-5.lev)的功函数 非常接近。尽管碳的种种优点表明它可能是代替金作为巧铁矿太阳能电池背电极的最好材 料，但是迄今为止，关于该方面的文献报道却少之又少。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是要提供一种利用针状焦作为巧铁矿太阳能电池背电极的制备方 法，能够组装成稳定性高、廉价易得的巧铁矿太阳能电池。
[0006] 为达到上述目的，本发明是按照W下技术方案实施的：
[0007] 一种基于针状焦的巧铁矿太阳能电池背电极的制备方法，将针状焦与异丙醇的机 械混合物喷涂到巧铁矿层作为巧铁矿太阳能电池的背电极得到稳定性高、廉价易得的巧铁 矿太阳能电池，步骤如下：
[000引 （1)针状焦的前处理；针状焦的前处理加热温度为50-300°C;
[0009] (2)异丙醇脱水前处理；异丙醇的脱水方法是用3A分子筛进行脱水；
[0010] (3)机械混合；将针状焦与脱水后的异丙醇进行机械混合，球磨；其中，针状焦与 异丙醇的质量比为70-30:1，球磨时间为2-4她；
[0011] (4)喷涂；将针状焦与异丙醇的机械混合物喷涂到巧铁矿层，针状焦与异丙醇的 机械混合物喷涂到巧铁矿层的喷涂用量是0. 125-2ml/cm2。
[0012] 所述的针状焦为500°c、80(rc或1500°CS种不同碳化温度的针状焦。
[001引步骤似中3A分子筛回收的烧结温度为100-600°c。
[0014] 本发明制备的针状焦应用于巧铁矿太阳能电池背电极中。
[0015] 与现有技术相比，本发明有W下优点：
[0016] 1.针状焦是一种廉价易得的碳材料，用针状焦代替贵金属Au或Ag作为巧铁矿太 阳能电池的背电极会极大的降低电池的成本。
[0017] 2.将针状焦作为巧铁矿太阳能电池的背电极所采用的组装方法是喷涂，该就解决 了使用贵金属Au或Ag作为巧铁矿太阳能电池背电极时真空蒸锻所产生的耗能问题。
[0018] 3.使用针状焦作为巧铁矿太阳能电池的背电极，有利于巧铁矿太阳能电池的一个 长期稳定性，其原因是针状焦的疏水作用。
【附图说明】
[0019] 图1是本发明实施例1制得的样品S的SEM照片。
[0020] 图2是实施例1制得的基于针状焦背电极的巧铁矿太阳能电池热处理之前的光电 流-电压扫描曲线图。
[0021] 图3是实施例1制得的基于针状焦背电极的巧铁矿太阳能电池热处理之后的光电 流-电压扫描曲线图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图W及具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例 w及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
[0023] 实施例1
[0024] 首先对1500°C碳化的针状焦进行120°C，12小时的加热脱水处理；烘干后，称量 ISOOmg针状焦与35ml异丙醇（先进行脱水处理）进行机械混合，再加入一些错珠一起放入 球磨机中球磨20个小时；球磨之后取出4. 5ml针状焦与异丙醇的机械混合物，在手套箱中， 用喷涂机采用喷涂的方式把针状焦组装到巧铁矿层之上，记为样品S，其SEM照片如图1所 /J、-〇
[0025] 将上述组装好的巧铁矿太阳能电池，进行光电转换效率测试；随后，将电池放入真 空干燥箱中在62°C的环境中加热2化，再一次进行光电转换效率测试。上述实施例中，所用 测试条件为室温环境，使用太阳光模拟器任ecceU-L15,日本），光强1. 5AM，100mW/cm2条 件下和Keithley2601数字源表，测得电池（有效面积0. 12cm2)的光电性能。结果见下 表：
[0026]
[0027]综述，本发明使用针状焦作为巧铁矿太阳能电池的背电极所组装形成的电池，在 真空干燥箱中进行热处理后，其光电转换效率有明显上升的趋势。实施例1所制得的巧 铁矿太阳能电池光电流-电压扫描曲线图如图2所示；热处理后，巧铁矿太阳能电池光电 流-电压扫描曲线图如图3所示。
[002引本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做 出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于针状焦的钙钛矿太阳能电池背电极的制备方法，其特征在于，步骤如下： (1) 针状焦的前处理：针状焦的前处理加热温度为50-300°C; (2) 异丙醇脱水前处理：异丙醇的脱水方法是用3A分子筛进行脱水； (3) 机械混合：将针状焦与脱水后的异丙醇进行机械混合，球磨；其中，针状焦与异丙 醇的质量比为70-30:1，球磨时间为2-48h; (4) 喷涂：将针状焦与异丙醇的机械混合物喷涂到钙钛矿层，针状焦与异丙醇的机械 混合物喷涂到钙钛矿层的喷涂用量是〇. 125-2ml/cm2。2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的针状焦为500°C、800°C或 1500°C三种不同碳化温度的针状焦。3. 根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤（2)中3A分子筛回收的烧 结温度为100-600 °C。
【专利摘要】本发明公开了一种基于针状焦的钙钛矿太阳能电池背电极的制备方法，首先对不同温度碳化的针状焦进行120℃，12小时的加热脱水处理；烘干后，称量1800mg针状焦与35ml异丙醇进行机械混合，再加入一些锆珠一起放入球磨机中球磨20个小时；球磨之后取出用喷涂机把刚刚制备的样品在手套箱中喷涂到钙钛矿层之上，应用此种电池结构不用使用导电性低和不利于钙钛矿太阳能电池长期稳定性的空穴传输层和价格昂贵的对电极Au或Ag，为未来实现商业化的大规模生产提供了重要的理论依据。
【IPC分类】H01G9/20, H01G9/048, H01G9/042
【公开号】CN104900413
【申请号】CN201510164332
【发明人】史彦涛, 郭莹, 郝策
【申请人】大连理工大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月8日