一种柔性全固态阵列式钙钛矿太阳能电池的制备方法
【专利摘要】一种柔性全固态阵列式钙钛矿太阳能电池的制备方法，属于纳米薄膜制备及光电化学特性【技术领域】。利用脉冲阳极氧化技术在钛箔等柔性基体上制备结构可控的排列高度有序的二氧化钛纳米管阵列，采用溶液法分别将钙钛矿敏化剂和固体电解质植入二氧化钛纳米管管内以形成同轴阵列；以此为基础，在柔性基体上组装钙钛矿太阳能电池。所制备的复合薄膜用于钙钛矿太阳能电池，其光电转换效率达到0.65%。
【专利说明】一种柔性全固态阵列式钙钛矿太阳能电池的制备方法
【技术领域】
[0001]一种柔性全固态阵列式钙钛矿太阳能电池的制备方法，属于纳米薄膜制备及光电化学特性【技术领域】。
【背景技术】
[0002]钙钛矿太阳能电池由于具有原料成本低、光电转化效率高和制备工艺简单等优势而被誉为光伏领域新纪元的到来。目前用于组装钙钛矿太阳能电池的基体主要是导电玻璃，这不仅影响其制备效率，还限制其在柔性器件上的应用；其结构主要有介孔型和平面型，这不仅不利于提高器件的稳定性，还无法捕获各界面光照前后的变化信息。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种制备柔性全固态阵列式钙钛矿太阳能电池的方法，利用脉冲阳极氧化技术在钛箔等柔性基体上制备结构可控的排列高度有序的二氧化钛纳米管阵列，采用溶液法分别将钙钛矿敏化剂和固体电解质植入二氧化钛纳米管管内以形成同轴阵列；以此为基础，在柔性基体上组装钙钛矿太阳能电池。所制备的复合薄膜用于钙钛矿太阳能电池，其光电转换效率达到0.65%。
[0004]本发明提供的制备方法，其特征在于，制备过程包括以下步骤:
[0005](I)钛片预处理:首先将钛片基体表面附着的杂质和氧化皮去除，如分别采用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗lOmin，烘干备用。
[0006](2)步骤(I)的钛片脉冲阳极氧化:所采用的电解质溶液为含氟离子的乙二醇溶液，氧化电压分别在40V、10V、40V、10V各lOmin，最后在40V下60min，总氧化时间lOOmin，
氧化后将样品取出用去离子水冲洗，烘干。
[0007](3)热处理:将步骤(2)氧化后的样品在400-600°C进行热处理，保温2h，然后随炉
冷却至室温。
[0008](4)柔性全固态阵列式钙钛矿太阳能电池的制备:制备CH3NH3I粉末与PbI2颗粒，保持摩尔量比1:1溶到Y-丁内酯中，其中优选每0.5925g CH3NH3I对应0.5?2.5mL Y-丁内酯，在40?80°C搅拌16?32h，得到钙钛矿敏化剂，将钙钛矿敏化剂以I?5kr/min的旋凃速度在5s?25s时间内旋凃于二氧化钛纳米管阵列表面及管内外壁，干燥后形成CH3NH3PbI3ZtiO2结构；将空穴传输材料HTM溶于氯苯中搅拌后形成溶液，优选每126mg空穴传输材料HTM对应0.5?2.5mL氯苯，以4?8kr/min的旋凃速度在5s?25s时间内旋凃于CH3NH3PbI3ZtiO2上，干燥后形成HTM/CH3NH3PbI3/Ti02结构；将Au对电极利用磁控溅射方法沉积于HTM/CH3NH3PbI3/Ti02上，形成Au/HTM/CH3NH3PbI3/Ti02结构。自此，柔性全固态阵列式钙钛矿电池制备完毕。
[0009]空穴传输材料HTM为P型半导体材料。
[0010]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0011]利用脉冲阳极氧化技术在钛箔等柔性基体上制备结构可控的排列高度有序的二氧化钛纳米管阵列，采用溶液法分别将钙钛矿敏化剂和固体电解质植入二氧化钛纳米管管内以形成同轴阵列；以此为基础，在柔性基体上组装钙钛矿太阳能电池。所制备的复合薄膜用于钙钛矿太阳能电池，其光电转换效率达到0.65%。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]本发明共设有2个附图，现分别说明如下:
[0013]图1 丐钛矿太阳能电池的扫描电镜图:(a)为表面图，(b)和(C)为截面图。
[0014]图2:柔性全固态阵列式钙钛矿太阳能电池的1-V曲线。
【具体实施方式】
[0015]下面通过实施例结合附图进一步描述本发明，其目的在于更好地理解本发明的内容，而不是对本发明的限制。
[0016]实施例1:
[0017]将金属钛片进行前期处理，在含氟离子的电解液中脉冲阳极氧化lOOmin，取出用去离子水冲洗，烘干;制备0.5925g CH3NH3I粉末与1.7355g PbI2颗粒，保持摩尔量比1:1，分别溶到0.5mL的Y - 丁内酯溶液，在40°C搅拌16h。将钙钛矿敏化剂以lkr/min的旋凃速度在5s时间内旋凃于二氧化钛纳米管阵列表面及管内外壁，干燥后形成CH3NH3PbI3ZtiO2结构；将126mg空穴传输材料HTM溶于0.5mL氯苯中搅拌后形成溶液，以4kr/min的旋凃速度在5s时间内旋凃于CH3NH3PbI3ZtiO2上，干燥后形成HTM/CH3NH3PbI3/Ti02结构；将Au对电极利用磁控溅射方法沉积于HTM/CH3NH3PbI3/Ti02上，形成Au/HTM/CH3NH3PbI3/Ti02结构，样品制备完成。
[0018]实施例2:
[0019]将金属钛片进行前期处理，在含氟离子的电解液中脉冲阳极氧化lOOmin，取出用去离子水冲洗，烘干;制备0.5925g CH3NH3I粉末与1.7355g PbI2颗粒，保持摩尔量比1:1，分别溶到ImL的Y - 丁内酯溶液，在50°C搅拌20h。将钙钛矿敏化剂以2kr/min的旋凃速度在IOs时间内旋凃于二氧化钛纳米管阵列表面及管内外壁，干燥后形成CH3NH3PbI3/Ti02结构；将126mg空穴传输材料HTM溶于ImL氯苯中搅拌后形成溶液，以5kr/min的旋凃速度在IOs时间内旋凃于CH3NH3PbI3ZtiO2上，干燥后形成HTM/CH3NH3PbI3/Ti02结构；将Au对电极利用磁控溅射方法沉积于HTM/CH3NH3PbI3/Ti02上，形成Au/HTM/CH3NH3PbI3/Ti02结构，样品制备完成。
[0020]实施例3:
[0021]将金属钛片进行前期处理，在含氟离子的电解液中脉冲阳极氧化lOOmin，取出用去离子水冲洗，烘干;制备0.5925g CH3NH3I粉末与1.7355g PbI2颗粒，保持摩尔量比1:1，分别溶到1.5mL的Y - 丁内酯溶液，在60°C搅拌24h。将钙钛矿敏化剂以3kr/min的旋凃速度在15s时间内旋凃于二氧化钛纳米管阵列表面及管内外壁，干燥后形成CH3NH3PbI3ZtiO2结构；将126mg空穴传输材料HTM溶于1.5mL氯苯中搅拌后形成溶液，以6kr/min的旋凃速度在15s时间内旋凃于CH3NH3PbI3ZtiO2上，干燥后形成HTM/CH3NH3PbI3/Ti02结构；将Au对电极利用磁控溅射方法沉积于HTM/CH3NH3PbI3/Ti02上，形成Au/HTM/CH3NH3PbI3/Ti02结构，样品制备完成。[0022]实施例4:
[0023]将金属钛片进行前期处理，在含氟离子的电解液中脉冲阳极氧化lOOmin，取出用去离子水冲洗，烘干;制备0.5925g CH3NH3I粉末与1.7355g PbI2颗粒，保持摩尔量比1:1，分别溶到2mL的Y - 丁内酯溶液，在70°C搅拌28h。将钙钛矿敏化剂以4kr/min的旋凃速度在20s时间内旋凃于二氧化钛纳米管阵列表面及管内外壁，干燥后形成CH3NH3PbI3ZtiO2结构；将126mg空穴传输材料HTM溶于2mL氯苯中搅拌后形成溶液，以7kr/min的旋凃速度在20s时间内旋凃于CH3NH3PbI3ZtiO2上，干燥后形成HTM/CH3NH3PbI3/Ti02结构；将Au对电极利用磁控溅射方法沉积于HTM/CH3NH3PbI3/Ti02上，形成Au/HTM/CH3NH3PbI3/Ti02结构，样品制备完成。
[0024]实施例5:
[0025]将金属钛片进行前期处理，在含氟离子的电解液中脉冲阳极氧化lOOmin，取出用去离子水冲洗，烘干;制备0.5925g CH3NH3I粉末与1.7355g PbI2颗粒，保持摩尔量比1:1，分别溶到2.5mL的Y - 丁内酯溶液，在80°C搅拌32h。将钙钛矿敏化剂以5kr/min的旋凃速度在25s时间内旋凃于二氧化钛纳米管阵列表面及管内外壁，干燥后形成CH3NH3PbI3/Ti02结构；将126mg空穴传输材料HTM溶于2.5mL氯苯中搅拌后形成溶液，以8kr/min的旋凃速度在25s时间内旋凃于CH3NH3PbI3ZtiO2上，干燥后形成HTM/CH3NH3PbI3/Ti02结构；将Au对电极利用磁控溅射方法沉积于HTM/CH3NH3PbI3/Ti02上，形成Au/HTM/CH3NH3PbI3/Ti02结构，样品制备完成。
[0026]附表
[0027]表1.实验参数表
[0028]
【权利要求】
1.一种柔性全固态阵列式钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)钛片预处理:首先将钛片基体表面附着的杂质和氧化皮去除； (2)步骤(I)的钛片脉冲阳极氧化:所采用的电解质溶液为含氟离子的乙二醇溶液，氧化电压分别在40V、10V、40V、IOV各lOmin，最后在40V下60min，总氧化时间lOOmin，氧化后将样品取出用去离子水冲洗，烘干； (3)热处理:将步骤(2)氧化后的样品在400-600°C进行热处理，保温2h，然后随炉冷却至室温； (4)柔性全固态阵列式钙钛矿太阳能电池的制备:制备CH3NH3I粉末与PbI2颗粒，保持摩尔量比1:1溶到Y-丁内酯中，在40?80°C搅拌16?32h，得到钙钛矿敏化剂，将钙钛矿敏化剂以I?5kr/min的旋凃速度、在5s?25s时间内旋凃于二氧化钛纳米管阵列表面及管内外壁，干燥后形成CH3NH3PbI3/Ti02结构；将空穴传输材料HTM溶于氯苯中搅拌后形成溶液，以4?8kr/min的旋凃速度在5s?25s时间内旋凃于CH3NH3Pb13/TiO2上，干燥后形成HTM/CH3NH3PbI3/Ti02结构；将Au对电极利用磁控溅射方法沉积于HTM/CH3NH3PbI3/Ti02上，形成 Au/HTM/CH3NH3PbI3/Ti02 结构。
2.按照权利要求1的一种柔性全固态阵列式钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，每 0.5925g CH3NH3I 对应 0.5 ?2.5mL Y - 丁内酯。
3.按照权利要求1的一种柔性全固态阵列式钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，每126mg空穴传输材料HTM对应0.5?2.5mL氯苯。
4.按照权利要求1-3的任一方法制备得到的柔性全固态阵列式钙钛矿太阳能电池。
【文档编号】H01L31/18GK103928570SQ201410149321
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月12日 优先权日:2014年4月12日
【发明者】李洪义, 王金淑, 苏鹏磊, 王菲, 王鸿 申请人:北京工业大学