一种二氧化钛纳米管为介孔层的钙钛矿太阳能电池的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种钙钛矿太阳能电池，包括：导电基体，生长在导电基体上的致密二氧化钛层，垂直长在致密二氧化钛层上的二氧化钛纳米管层，涂抹于二氧化钛纳米管层的钙钛矿层，制于钙钛矿层上的空穴导电层，制于空穴导电层上的金属电极。本实用新型提供一种致密层采用二氧化钛层，介孔层采用二氧化钛纳米管层的太阳能电池，并使用阳极氧化纯钛一步法制备，并增大介孔层与钙钛矿层结合处的接触面积；二氧化钛纳米管层的纳米管的长度与管径的大小可控；钙钛矿层填充到管状内部，增加钙钛矿层与介孔的接触面积能传导更多的光电子；由于纳米管垂直生长在致密层上电子传输路径变短，可以有效传导电子。
【专利说明】
一种二氧化钛纳米管为介孔层的钙钛矿太阳能电池
技术领域
[0001]—种太阳能电池，特别是一种二氧化钛纳米管为介孔层的钙钛矿太阳能电池以及制备方法。
【背景技术】
[0002]钙钛矿太阳能电池中大部分使用在导电基体上先旋涂致密层烧结后再旋涂多孔层再烧结，这类方法要两次配备溶液与两次烧结操作复杂而且容易导致致密层与介孔层结合不紧密，界面形貌不易控制，介孔层电子传输路径较长;其次，致密层大部分是有旋涂钛的有机溶液前驱体或者热喷涂制成;旋涂带来致密层不均现象;现有技术还未解决这样的问题。
【实用新型内容】
[0003]为解决现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种致密层采用二氧化钛层，介孔层采用二氧化钛纳米管层的太阳能电池，使用阳极氧化纯钛一步法制备，并且二氧化钛纳米管层垂直生长在致密二氧化钛层之上，解决了致密层与介孔层结合不紧密问题，使得电子传输路径短，并增大介孔层与钙钛矿层结合处的接触面积。
[0004]为了实现上述目标，本实用新型采用如下的技术方案:
[0005]—种二氧化钛纳米管为介孔层的钙钛矿太阳能电池，包括:导电基体，生长在导电基体上的二氧化钛层，垂直长在二氧化钛层上的二氧化钛纳米管层，涂抹于二氧化钛纳米管层的钙钛矿层，制于钙钛矿层上的空穴导电层，制于空穴导电层上的金属电极。
[0006]前述的一种二氧化钛纳米管为介孔层的钙钛矿太阳能电池，导电基体为FTO导电玻璃、TCO导电玻璃或导电PET。
[0007]前述的一种二氧化钛纳米管为介孔层的钙钛矿太阳能电池，二氧化钛纳米管层的纳米管的管径为50nm-200nm。
[0008]前述的一种二氧化钛纳米管为介孔层的钙钛矿太阳能电池，二氧化钛纳米管层的纳米管的长度为30-1000nmo
[0009]前述的一种二氧化钛纳米管为介孔层的钙钛矿太阳能电池，钙钛矿层填充于二氧化钛纳米管内并覆盖于二氧化钛纳米管上。
[0010]前述的一种二氧化钛纳米管为介孔层的钙钛矿太阳能电池，包括如下步骤:
[0011](I)导电基体的前处理，使用丙酮、乙醇、去离子水分别超声10min、80°C烘干后用UVO 处理 15min;
[0012](2)将纯钛镀到经步骤(I)处理的导电基体上；
[0013](3)将经过步骤(2)得到的含有钛膜的导电基体通过有机电解液阳极氧化法一步制备二氧化钛层和二氧化钛纳米管层。
[0014](4)将经步骤(3)得到的二氧化钛层和二氧化钛纳米管层清洗后放入马费炉中500°(:退火处理30min，然后随炉冷却。
[0015](5)使用钙钛矿在旋涂液旋涂或者蒸发一层钙钛矿层；
[0016](6)将上述钙钛矿层上蒸镀一层金属电极。
[0017]前述的一种二氧化钛纳米管为介孔层的钙钛矿太阳能电池，包括如下步骤:
[0018](I)导电基体的前处理，使用丙酮、乙醇、去离子水分别超声10min、80°C烘干后用UVO 处理 15min;
[0019](2)将经过步骤(I)后的导电基体溅射或者蒸镀一层50?100nm的的纯钛，蒸发功率 150-250A，蒸发速率 5-10nm/min;
[0020](3)将经过步骤(2)得到的含有钛膜的导电基体通过有机电解液在阳极氧化电压下采用阳极氧化纯钛一步法制备二氧化钛层和二氧化钛纳米管层，阳极氧化电压10?60V之间，阳极氧化时间1-90min ；
[0021](4)将经步骤(3)得到的二氧化钛层和二氧化钛纳米管层清洗后放入马费炉中500°(:退火处理30min，然后随炉冷却；
[0022 ] (5 )使用钙钛矿旋涂液旋涂，再100 °C加热15min，制备钙钛矿层；
[0023](6)将上述钙钛矿层上旋涂一层空穴导电层；
[0024](7)将上述空穴导电层上蒸镀一层金属电极。
[0025]前述的一种二氧化钛纳米管为介孔层的钙钛矿太阳能电池，二氧化钛纳米管层的纳米管的管径通过改变阳极氧化电压调节，纳米管的长度通过阳极氧化时间调节。
[0026]前述的一种二氧化钛纳米管为介孔层的钙钛矿太阳能电池，钙钛矿层的材料包括:CH3NH3PbI3、CH3NH3PbClXI3-X、CH3NH3PbBr3 ；空穴导电的材料为Spiro-OMeTAD，金属电极层的材料为金或银。
[0027]前述的一种二氧化钛纳米管为介孔层的钙钛矿太阳能电池，空穴导电层厚度为70-150nm，金属电极的厚度为70-100nm。
[0028]本实用新型的有益之处在于:本实用新型提供一种致密层采用二氧化钛层，介孔层采用二氧化钛纳米管层的太阳能电池，并使用阳极氧化纯钛一步法制备，并增大介孔层与钙钛矿层结合处的接触面积;通过调节电压与阳极氧化时间制备出致密层与介孔层垂直接触的结构，可以调节纳米管长度与管径大小；；钙钛矿层填充到管状内部，增加钙钛矿层与介孔的接触面积能传导更多的光电子；由于纳米管垂直生长在致密层上电子传输路径变短，可以有效传导电子。
【附图说明】
[0029]图1为本实用新型一种实施例的结构示意图；
[0030]图2为本实用新型二氧化钛纳米管层的纳米管的SEM图；
[0031]图中附图标记的含义:
[0032]I导电基体，2致密二氧化钛层，3 二氧化钛纳米管层，4钙钛矿层，5金属电极。
【具体实施方式】
[0033]以下结合附图和具体实施例对本实用新型作具体的介绍。
[0034]—种二氧化钛纳米管为介孔层的钙钛矿太阳能电池，包括:导电基体I，生长在导电基体I上的致密二氧化钛层2，垂直长在二氧化钛层2上的二氧化钛纳米管层3，涂抹于二氧化钛纳米管层3的钙钛矿层4，制于钙钛矿层4上的空穴导电层，制于空穴导电层上的金属电极5;作为一种优选，导电基体I为FTO导电玻璃、TCO导电玻璃或导电PET。钙钛矿层4的材料包括:CH3NH3PbI3、CH3NH3PbClXI3-X、CH3NH3PbBr3，因为有不同的电子-空穴扩散长度，所以可以根据纳米管长度选择不同的钙钛矿材料，采用不同的材料，纳米管的长度不同；空穴导电的材料为Spiro-OMeTAD，金属电极5层的材料为金或银。空穴导电层厚度为70-150nm，金属电极5的厚度为70-100no
[0035]二氧化钛纳米管层3的纳米管的管径为50nm-200nm, 二氧化钛纳米管层3的纳米管的长度为30-1000nm。二氧化钛纳米管层3的纳米管的管径通过改变阳极氧化电压调节，纳米管的长度通过阳极氧化时间调节，从而实现二氧化钛纳米管层3的纳米管的长度与管径的大小可控。
[0036]钙钛矿层4填充于二氧化钛纳米管内并覆盖于二氧化钛纳米管上，钙钛矿层4填充到管状内部，增加钙钛矿层4与介孔的接触面积能传导更多的光电子。
[0037]—种二氧化钛纳米管为介孔层的钙钛矿太阳能电池，包括如下步骤:
[0038](I)导电基体I的前处理，使用丙酮、乙醇、去离子水分别超声10min、80°C烘干后用UVO 处理 15min;
[0039](2)将纯钛镀到经步骤(I)处理的导电基体I上；
[0040](3)将经过步骤(2)得到的含有钛膜的导电基体I通过有机电解液阳极氧化法一步制备二氧化钛层2和二氧化钛纳米管层3。
[0041](4)将经步骤(3)得到的二氧化钛层2和二氧化钛纳米管层3清洗后放入马费炉中500°C退火处理30min，然后随炉冷却。
[0042](5)使用钙钛矿在旋涂液旋涂或者蒸发一层钙钛矿层4;
[0043](6)将上述钙钛矿层4上蒸镀一层金属电极5，作为一种优选，金属电极采用金或银。
[0044]步骤二进一步为:将经过步骤(I)后的导电基体I溅射或者蒸镀一层50?100nm的的纯钛，蒸发功率150-250A，蒸发速率5-1 Onm/min ；
[0045]步骤三进一步为:将经过步骤(2)得到的含有钛膜的导电基体I通过有机电解液在阳极氧化电压下采用阳极氧化纯钛一步法制备二氧化钛层2和二氧化钛纳米管层3，阳极氧化电压10?60V之间，阳极氧化时间l_90min;
[0046]本实用新型提供一种致密层采用二氧化钛层2，介孔层采用二氧化钛纳米管层3的太阳能电池，并使用阳极氧化纯钛一步法制备，并增大介孔层与钙钛矿层4结合处的接触面积;通过调节电压与阳极氧化时间制备出致密层与介孔层垂直接触的结构，可以调节纳米管长度与管径大小;钙钛矿层4填充到管状内部，增加钙钛矿层4与介孔的接触面积能传导更多的光电子；由于纳米管垂直生长在致密层上电子传输路径变短，可以有效传导电子。
[0047]以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。
【主权项】
1.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括:导电基体，生长在上述导电基体上的致密二氧化钛层，垂直长在上述致密二氧化钛层上的二氧化钛纳米管层，涂抹于上述二氧化钛纳米管层的钙钛矿层，制于上述钙钛矿层上的空穴导电层，制于上述空穴导电层上的金属电极。2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，上述导电基体为FTO导电玻璃、TCO导电玻璃或导电PET。3.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，上述二氧化钛纳米管层的纳米管的管径为50nm-200nmo4.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，上述二氧化钛纳米管层的纳米管的长度为30-1 OOOnm ο5.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，上述钙钛矿层填充于上述二氧化钛纳米管内并覆盖于上述二氧化钛纳米管上。
【文档编号】H01L51/42GK205645888SQ201520800239
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年10月13日
【发明人】王镜喆, 于振涛, 何早阳, 张继远, 吴聪萍, 邹志刚
【申请人】南京大学昆山创新研究院, 昆山桑莱特新能源科技有限公司