一种钙钛矿-云母光伏材料及其制备方法

文档序号:9729001
一种钙钛矿-云母光伏材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光伏材料技术领域,特别地涉及一种钙钛矿-云母光伏材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]太阳能电池材料经过60多年的发展,已经有很多不同的类型。主要包括单晶/多晶硅、砷化镓、碲化镉、铜铟镓砸、染料敏化等。目前只有单晶/多晶硅太阳电池得到了广泛应用,其他类型的太阳能电池因原材料稀少、有毒、效率低、稳定性差等缺点在实际应用中受到限制。但单晶/多晶硅太阳电池生产成本高,寻找新型的太阳能电池仍是目前研究的热点。
[0003]钙钛矿型有机金属卤化物材料具有优异的光电性能且易于合成,已经在太阳能电池研究中广泛使用,目前基于这种材料的太阳能电池最高能量转换效率已经达到19%,其理论转化效率可以达到50%,具有很大的开发潜能。
[0004]钙钛矿太阳电池通常是由透明导电玻璃、致密层、钙钛矿吸收层、有机空穴传输层、金属背电极五部分组成。钙钛矿太阳电池工作时,钙钛矿化合物在光照下吸收光子,其价带电子跃迀到导带,接着将导带电子注入到Ti02的导带,再传输到FT0,同时,空穴传输至有机空穴传输层,从而电子-空穴对发生分离,当接通外电路时,电子与空穴的移动将会产生电流。
[0005]其中,钙钛矿吸收层的主要作用是吸收太阳光产生的电子-空穴对,并能高效传输电子-空穴对、电子、空穴至相应的致密层和有机空穴传输层。钙钛矿吸收层一般采用介孔纳米结构作为支架,负载钙钛矿吸光材料,因为介孔纳米结构比表面积大,可吸附较多的吸光物质,从而获得较大的电池能量转换效率,介孔纳米材料的组成、微结构和性质对钙钛矿电池的能力转换效率非常重要。
[0006]在中国发明专利申请公开说明书CN201410340552中公开了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法,采用Ti02/钙钛矿结构材料作为电池吸光层,spiro-OMeTAD作为空穴传输层,制得的太阳能电池能量转换率为11.2?12.6%。有研究利用A1203
纳米材料作为钙钛矿吸收层支架,组装的太阳能电池光电转化率为10.9%(Lee Μ Μ,Teuscher J,Snaith H J,et al.Efficient hybrid solar cells
based on meso-superstructured organometal halide perovskites.Science,2012,338:643-647.),同时也另有研究用ZnO纳米棒作为骨架层,相应的太阳能电池能量转化效率为11.13%(Dae_Yong S,Jeong-Hyeok,Park N G,et al.11%Efficient perovskitesolar cell based on ZnO nanorods:An effective chargecollect1nsystem.J.Phys.Chem.C,2014,118(30):16567-16573.)0
[0007]现有技术存在的缺点是:钙钛矿吸收层对光吸收量不高,组装的太阳能电池光电转化率不高。因此,本发明人在总结现有技术的基础上,经过大量研究完成了本发明。

【发明内容】

[0008]本发明针对上述现有技术存在的缺点而提出,所解决的技术问题是提供一种吸光性强、光电转换率高的钙钛矿-云母光伏材料,以及这种钙钛矿-云母光伏材料的制备方法。
[0009]本发明的技术方案:
本发明是通过下述技术方案实现的:
本发明一种钙钛矿-云母光伏材料,其特征是以纳米云母材料作为钙钛矿吸收体层的介孔纳米支架;所述妈钛矿-云母光伏材料厚度是500-650nm;所述妈钛矿-云母光伏材料所附着的致密层厚度是50-100nm;用作钙钛矿太阳能电池中的吸收层,支撑结构是纳米级云母粉末,钙钛矿结构材料是化学式ΑΒΧ3的材料,其式中A代表甲基胺;B代表Pb; X是一种或两种选自碘、溴或氯的卤素元素。
[0010]本发明一种钙钛矿-云母光伏材料的制备方法。
[0011 ]所述钙钛矿-云母光伏材料制备方法的步骤如下:
(1)制备Ti02致密层在FT0玻璃上丝网印刷一层Ti02薄膜层,450°C加热30min后,得到厚度为50-100nm的致密层;
(2)制备纳米云母粉末
将云母微粒进行真空干燥,干燥温度为80?120°C,干燥时间为20?30h。干燥后的云母在高速粉碎机中研磨粉碎,粉碎时间为5?8h。最终得到300?600nm的纳米级云母颗粒;
(3)制备纳米云母介孔层
将步骤(2)中得到的云母颗粒与异丙醇按照重量比1:3?5制成料浆,旋涂至步骤(1)中得到的致密层,100?200°C干燥,再转移到马弗炉中在温度300?600°C的条件下进行退火处理30?60min,得到附着在致密层上的纳米云母介孔层;
(4)制备钙钛矿-云母光伏材料
将步骤(3)得到的纳米云母介孔层旋涂浓度0.8?1.2mol/L碘化铅、氯化铅或溴化铅溶液,然后在浓度8?12mg/mlCH3NH3I异丙醇中浸泡15?20min后,用异丙醇洗涤,再在温度90?110°C 下加热 30 ?50min,生成 CH3NH3Pbl3、CH3NH3PbCl2l 或 CH3NH3PbBr2l 钙钛矿结构材料:于是得到厚度500?650nm的纳米云母介孔/妈钛矿光伏材料。
[0012]本发明一种钙钛矿-云母光伏材料及其制备方法,其突出特点和有益效果在于: 一种用于太阳能电池的钙钛矿-云母光伏材料,用作太阳能电池中吸光层。吸光层在吸收光子并生成电子的光电过程中,基本的能量损失会逐步上升。纳米云母材料晶型优良,电绝缘性强,能够充当惰性支架,迫使电子停留其中,并通过超薄的钙钛矿吸收体层进行传送,从而减少能量损失,显著提高电子传送速度,迫使电子快速穿过钙钛矿吸收体层,并同时提高电压。利用本发明提供的钙钛矿-云母光伏材料组装太阳能电池,能使太阳能电池的光电转换效率最高可达13.8%。
【具体实施方式】
[0013]
以下通过【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明,但不应理解为本发明的范围权限仅限于以下实例。
[0014]实施例1
(1)制备Ti02致密层
在FT0玻璃上丝网印刷一层Ti02薄膜层,450°C加热30min后,得到厚度为50nm的致密层;
(2)制备纳米云母粉末
将云母微粒进行真空干燥,干燥温度为105°C,干燥时间为25h。干燥后的云母在高速粉碎机中研磨粉碎,粉碎时间为7h ο最终得到400nm的纳米级云母颗粒;
(3)制备纳米云母介孔层
将步骤(2)中得到的云母颗粒与异丙醇按照重量比1:3.5制成料浆,旋涂至步骤(1)中得到的致密层,100°C干燥,再转移到马弗炉中在温度350°C的条件下进行退火处理30min,得到附着在致密层上的纳米云母介孔层;
(4)制备钙钛矿-云母光伏材料
将步骤(3)得到的纳米云母介孔层旋涂浓度0.8mol/L碘化铅、氯化铅或溴化铅溶液,然后在浓度10mg/mlCH3NH3I异丙醇中浸泡15min后,用异丙醇洗涤,再在温度90°C下加热30min,生成CH3NH3Pbl3、CH3NH3PbCl2l或CH3NH3PbBr2l钙钛矿结构材料:于是得到厚度500nm的纳米云母介孔/1 丐钛矿光伏材料。
[0015]利用本实施例制备的钙钛矿-云母光伏材料组装太阳能电池,电池的光电转化率为12.7%。
[0016]实施例2 步骤(1)同上;
(2)制备纳米云母粉末
将云母微粒进行真空干燥,干燥温度为100°C,干燥时间为25h。干燥后的云母在高速粉碎机中研磨粉碎,粉碎时间为6h ο最终得到450nm的纳米级云母颗粒;
(3)制备纳米云母介孔层
将步骤(2)中得到的云母颗粒与异丙醇按照重量比1:3.2制成料浆,旋涂至步骤(1)中得到的致密层,100°C干燥,再转移到马弗炉中在温度350°C的条件下进行退火处理30min,得到附着在致密层上的纳米云母介孔层;
(4)制备钙钛矿-云母光伏材料
再多了解一些
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