一种含二茂铁层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于太阳能电池领域，具体设及一种含有二茂铁修饰材料的巧铁矿太阳能 电池。
【背景技术】
[0002] 近些年来，有机铅面化物巧铁矿太阳能电池光电转换效率突破20%，已经十分接 近晶体娃太阳能电池的转换效率(化ture Mater. ,2014,13,838-842;Science,2014,:345, 542-546)。制备高效、稳定的巧铁矿太阳能电池具有很大的研究价值和应用前景。
[0003] 巧铁矿太阳能电池依次由玻璃基底、FT0、电子传输层、巧铁矿光敏层、空穴传输层 和对电极构成。1173.化6111.化6111.化73.，2014，16，19984-19992)。在巧铁矿太阳能电池中， 太阳光照射后，巧铁矿光敏层首先吸收光子产生电子-空穴对。然后，电子传输到Ti化致密 层，而后被导电FT0收集;空穴从巧铁矿层传输到空穴传输层，最后被对电极收集(NPG Asia Mater.，2013,5,68)。对电极多采用贵金属电极，其中报道最多的是金电极，通过蒸锻法制 备到巧铁矿太阳能电池上。一些文献中报道了使用廉价碳材料制备成巧铁矿太阳能电池的 对电极，也获得了良好的效果。
[0004] 二茂铁是一种富电子分子，具有良好的电化学催化活性。二茂铁的能级为4.8eV， 氧化还原能力强，它在光电材料中有广泛的应用和良好的表现(J.Mater.化em.，2012,22， 22658-22662;RSC Adv.，2014,4,34904-34911)。此外，二茂铁价格低廉，用于光电材料中可 降低制备成本，具有应用潜力。
【发明内容】
[0005] 本发明设计的目的是提供一种含有二茂铁层的巧铁矿太阳能电池，通过添加少量 的二茂铁修饰碳对电极，提高巧铁矿太阳能电池的光电转换效率。同时给出了该巧铁矿电 池的制备方法。
[0006] 为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0007] -种含二茂铁层的巧铁矿太阳能电池，由下至上依次包括层叠的导电玻璃、致密 层、多孔层、具有巧铁矿结构的吸光层、空穴传输层、碳对电极，其特征在于:还包括设置在 碳电极上的二茂铁层，所述的二茂铁层是旋涂一定浓度二茂铁的导电玻璃。
[000引进一步的，所述的二茂铁层中二茂铁浓度范围在5~70mg/mL之间。所述的二茂铁 层压制在碳电极上，二茂铁层的面积小于或等于碳对电极的面积。
[0009] -种含二茂铁层的巧铁矿太阳能电池的制备方法，其特征在于:包括
[0010] a、二茂铁层的制备步骤，首先配制一定浓度的二茂铁溶液，在二茂铁中加入有机 溶剂，揽拌至完全溶解，然后将配制好的二茂铁溶液滴至导电玻璃上使用旋涂仪旋涂，旋涂 速度在lOOOr/min~4000r/min之间，二茂铁均匀成膜；
[0011] b、含二茂铁层的巧铁矿太阳能电池的制备步骤，首先，提供具有透明导电层FT0薄 膜的导电玻璃，在FT0导电玻璃上旋涂Ti化致密层，然后旋涂Ti化多孔层，之后经一步旋涂法 制备具有巧铁矿结构的吸光层，将配制好的空穴传输材料Spiro-OMeTAD溶液旋涂制备成空 穴传输层，再将由导电纳米碳粉溶剂分散后滴涂法制备而成的碳对电极置于空穴传输层之 上，最后将步骤a中制备好的二茂铁层压制在碳对电极上，构成回路，得到含二茂铁层的巧 铁矿太阳能电池。
[0012] 进一步的，步骤a中所述的有机溶剂为除水有机溶剂，选自氯苯、甲苯、石油酸或二 氯甲烧中的一种。
[0013] 本发明的有益效果是:二茂铁是一种富电子分子，具有良好的电化学催化活性，氧 化还原能力强，它在光电材料中有广泛的应用和良好的表现，本发明加入二茂铁之后有效 的提升了电池光电效率，效果明显。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明巧铁矿太阳能电池结构示意图。
[0015] 图中：1、FT0导电玻璃；2、致密层；3、多孔层；4、具有巧铁矿结构的吸光层；5、 Spiro-OMeTAD空穴传输层;6、碳对电极(碳电极）；7、二茂铁层(二茂铁层的FT0导电玻璃）。
[0016] 图2是含二茂铁修饰碳对电极的巧铁矿太阳能电池的光伏特性曲线。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图对本发明做进一步说明。
[001引二茂铁层的制备：
[0019] 首先配制一定浓度的二茂铁溶液，W配制lOg/L的二茂铁溶液为例，具体方法如 下:称取30mg二茂铁至于小烧杯中，加入3mL氯苯溶剂，揽拌至完全溶解。然后将配制好的二 茂铁溶液滴至导电玻璃上使用旋涂仪旋涂，旋涂速度为1500r/min，二茂铁均匀成膜。当然， 本发明旋涂速度在lOOOr/min~4000r/min之间时，均能达到使二茂铁均匀成膜的效果。
[0020] 含二茂铁层的巧铁矿太阳能电池的制备：
[0021] 本发明W上制备的二茂铁溶液可用于制备巧铁矿太阳能电池，由附图1可知，本发 明的巧铁矿太阳能电池，包括依次层叠 FT0导电玻璃1、致密层2、多孔层3、具有巧铁矿结构 的吸光层4、Spir〇-0MeTAD空穴传输层5、碳对电极6和二茂铁层7。所述的二茂铁层是旋涂一 定浓度二茂铁的导电玻璃，二茂铁层中二茂铁浓度范围在5~70mg/mL之间均可实现本发明 的效果。
[0022] 首先，提供具有透明导电层FT0薄膜的FT0导电玻璃1，在FT0薄膜层上旋涂法Ti化 致密层2,然后旋涂Ti化多孔层3,之后经一步旋涂法制备具有巧铁矿结构的吸光层4,配制 好空穴传输材料Spiro-OMeTAD溶液旋涂制备成Spiro-OMeTAD空穴传输层5，再将0.3g的 10000目碳粉加入称量瓶滴加色谱乙醇（差不多浸湿碳粉即可），再加入少量的松油醇，揽 拌，吸取液体滴于瓶壁，观察液体是否连续，若连续，超声3min;若不连续，继续滴加松油醇， 在干净的导电玻璃的一侧上滴加2滴液体，转动玻璃，使其平铺于壁面，然后放入马弗炉， 300 °C下烧制化，制成碳对电极6。再将上述由导电纳米碳粉溶剂分散后滴涂法制备而成的 碳对电极6置于Spiro-OMeTAD空穴传输层5之上。最后将制备好的上述lOg/L的二茂铁制备 的二茂铁层7压制在碳对电极上，构成回路，制备出含二茂铁层的巧铁矿太阳能电池，其中 二茂铁层7的面积小于或等于碳对电极6的面积。图2给出了含二茂铁修饰碳对电极的巧铁 矿太阳能电池的光伏特性曲线，并与不加二茂铁层的巧铁矿太阳能电池的光伏曲线做比 较。从图中可W看出，加入二茂铁之后能够提升电池光电效率。相应的光伏数据短路电流 (Jsc)、开路电压(Voc)、填充因子(FF)和光电转换效率(η)在表1中给出。表1为含二茂铁修 饰碳对电极的巧铁矿太阳能电池的光伏数据表，从表1中可W看出加入二茂铁后电池效率 由5.8%提高到6.2%，开路电压能达到0.907￥。
[0023] 表 1
[0024]
【主权项】
1. 一种含二茂铁层的钙钛矿太阳能电池，由下至上依次包括层叠的导电玻璃、致密层、 多孔层、具有钙钛矿结构的吸光层、空穴传输层、碳对电极，其特征在于:还包括设置在碳电 极上的二茂铁层，所述的二茂铁层是旋涂一定浓度二茂铁的导电玻璃。2. 根据权利要求1所述的含二茂铁层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于:所述的二茂铁 层中二茂铁浓度范围在5~70mg/mL之间。3. 根据权利要求1所述的含二茂铁层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于:所述的二茂铁 层压制在碳电极上，二茂铁层的面积小于或等于碳对电极的面积。4. 一种含二茂铁层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于:包括 a、 二茂铁层的制备步骤，首先配制一定浓度的二茂铁溶液，在二茂铁中加入有机溶剂， 搅拌至完全溶解，然后将配制好的二茂铁溶液滴至导电玻璃上使用旋涂仪旋涂，旋涂速度 在1000r/min~4000r/min之间，二茂铁均勾成膜； b、 含二茂铁层的钙钛矿太阳能电池的制备步骤，首先，提供具有透明导电层FT0薄膜的 导电玻璃，在FT0导电玻璃上旋涂Ti0 2致密层，然后旋涂Ti02多孔层，之后经一步旋涂法制备 具有钙钛矿结构的吸光层，将配制好的空穴传输材料Spiro-OMeTAD溶液旋涂制备成空穴传 输层，再将由导电纳米碳粉溶剂分散后滴涂法制备而成的碳对电极置于空穴传输层之上， 最后将步骤a中制备好的二茂铁层压制在碳对电极上，构成回路，得到含二茂铁层的钙钛矿 太阳能电池。5. 根据权利要求4所述的含二茂铁层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于:步 骤a中的旋涂速度为1500r/min。6. 根据权利要求4所述的含二茂铁层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于:步 骤a中所述的有机溶剂为除水有机溶剂，选自氯苯、甲苯、石油醚或二氯甲烷中的一种。7. 根据权利要求4所述的含二茂铁层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于:所 述的二茂铁层的面积小于或等于碳对电极的面积。
【专利摘要】本发明公开了一种含二茂铁层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于太阳能电池领域，首先提供具有透明导电层FTO薄膜的导电玻璃，在FTO薄膜层上旋涂法TiO2致密层，然后旋涂TiO2多孔层，之后经一步旋涂法制备钙钛矿吸光层，将配制好的空穴传输材料Spiro-OMeTAD溶液旋涂制备成空穴传输层，再将由导电纳米碳粉溶剂分散后滴涂法制备而成的碳对电极置于空穴传输层之上。最后将制备好的二茂铁层压制在碳对电极上，构成回路，制备出含二茂铁层的钙钛矿太阳能电池。本发明加入二茂铁之后有效的提升了电池光电效率，效果明显。
【IPC分类】H01L51/48, H01L51/46, H01L51/42, H01L51/44
【公开号】CN105655488
【申请号】
【发明人】陈瑜, 周人杰, 薛松, 姚镇章, 刘世博
【申请人】天津理工大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年3月10日