一种钙钛矿薄膜太阳能电池的碳电极材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及太阳能电池技术领域，特别是设及巧铁矿太阳能电池的碳电极材料及 其制备方法，属于光电材料和纳米薄膜制备领域。
【背景技术】
[0002] 随着传统化石能源的短缺，W及日益严重地环境问题，高效、低能耗、无污染的太 阳能电池受到各国的重视，2009年日本科学家Miyasaka首先将巧铁矿基半导体用于液态 的敏化太阳电池中，取得了 3.8%的光电转化效率，但由于电解液的腐蚀，电池效率衰减很 快（J.Am.化em.Soc. 2009,131,6050.)。随着研究的不断深入，巧铁矿太阳能电池效率进一 步提高，目前NI祀L认证效率最高已达17. 9%。在短短的5年之中，巧铁矿太阳能电池效率 从3. 8%提高至17. 9%，引起了科学界的广泛关注。
[000引现有的巧铁矿太阳能电池的制备都需要用到Spiro-OMeTAD和一些贵金属如 金、银，成本高，不利于大面积推广。MichaelGratzel'等（化1:脚62013(499). 316-319.) 采用液相两步法，用spiro-MeOTAD和Au，获得了 15%的电池效率。Snaith等（化化re 2013巧01).395-398.)也是用3口^0-16(^40作为空穴传输材料，4肖作为电极材料。该样使 得太阳能电池的制备成本高，而且Ag很容易氧化，稳定性与耐久性差。现在已有把碳材料 加入到巧铁矿太阳能电池中的，如马廷丽等（J.Phys.Chem.Lett. 2014, 5 (18)，3241-3246.) 将碳浆料研磨后采用刮涂法制备的碳电极层，此工艺操作周期长，可控性不强，不利于广泛 使用。Snaith等（NanoLett.，2014,14 (2)，724-730.)将石墨締筛选后加入到电子传输层， 此过程需要多次连续超声和离屯、，操作工艺繁琐，同时还是采用了金电极，成本高。化化e Yang等巧nergyEnviron.Sci.，2014,7,3326-3333)将蜡烛在玻璃上熏的碳粉收集起来后 在lOOOC惰性气氛下锻烧，然后制备出碳浆料，涂敷在铜巧上进行烘干，作为电极。此实验 方法需要高温、惰性环境，实验条件要求高，能耗大，成本高，不适合工艺的大量推广。
【发明内容】
[0004] 本发明目的是提供一种巧铁矿薄膜太阳能电池的碳电极材料及其制备方法，针对 解决上述的技术现状而提供的一种制备工艺简单、可控性强、低温制备、低成本、可大面积 制备的全固态巧铁矿太阳能电池制备方法。
[0005] 本发明首先采用喷雾涂膜法在透明导电基底上制备致密半导体电子传输层，然后 在致密半导体层上制备多级孔金属氧化物骨架材料和巧铁矿薄膜光吸收层，最后通过喷雾 涂膜法制备空穴传输层/碳薄膜层，即巧铁矿太阳能电池的碳电极层（见图1)。
[0006] 巧铁矿薄膜太阳能电池的碳电极材料的制备方法，步骤如下：
[0007] 将异丙醇（IPA)、无水己醇（C&COOH)、碳材料及电子有机传输材料混合，配制碳材 料浓度为0. 001~5mol/l，揽拌0. 1~48小时。在上述制备的巧铁矿薄膜光吸收层上，采 用喷雾涂膜法制备空穴传输层，喷涂50s~lOmin，得到巧铁矿太阳能电池的空穴传输层/ 碳电极层。
[000引进一步的，所述方法中，致密半导体电子传输层制备方法可为浸溃拉膜法、旋涂 法、喷雾涂膜法、磁控瓣射法等。
[0009] 进一步的，所述方法致密半导体材料和多级孔骨架金属氧化物分别为Ti化，Si化， AI2O3,ZnO,Sn〇2,Bi2〇3,NiO,Fe2〇3,Zr〇2中一种或多种。
[0010] 进一步的，所述方法步骤中，空穴传输层/碳电极层的制备方法，原料的摩尔比 IPA:CH3C00H=100 : 1~1 : 100;碳材料：电子有机传输材料=1 : 500~500 : 1。
[0011] 进一步的，所述方法步骤中，空穴传输层/碳电极层的制备方法，喷雾涂膜过程中 温度可调，加热温度〇°C~500°C;载气流量为0~lOL/min。
[0012] 进一步的，所述方法步骤中，制备空穴传输层/碳电极层的方法可为旋涂法、喷雾 涂膜法、提拉涂膜法、刮涂法等。
[0013] 进一步的，所述方法步骤中，制备空穴传输层/碳电极层厚度为0. 01~50ym;碳 材料可W是多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、石墨締、碳粉、炭黑、碳纤维中的一种或者多种。
[0014] 进一步的，所述方法中，柔性导电基底可W为FTO(Sn〇2:巧，口0(In2〇3:sn)， AZ0狂nO:A1)导电基底，有机导电玻璃或金属片。
[0015]本发明的制备方法，采用碳材料替代昂贵的贵金属材料作为空穴传输材料/电极 材料，降低成本。采用简单、快速、可规模化生产的喷雾涂膜法代替真空锻膜、喷墨打印法、 或磁控瓣射法，进一步节约了成本，并解决了巧铁矿太阳能电池电极成本高、真空蒸锻制备 金属电极方法难W实现规模化生产的问题，有利于实现巧铁矿太阳能电池的工业化生产。
[0016]与现有技术相比，本发明通过喷雾涂膜方法制备空穴传输层/碳电极层，制备工 艺简单，薄膜厚度容易控制，制备温度低，能耗低和成本低，适用于低温制备大面积巧铁矿 太阳能电池的电极材料。
【附图说明】
[0017] 图1是巧铁矿薄膜太阳能电池器件结构图，其中；1-透明导电基底层；2-致密半 导体电子传输层；3-多级孔金属氧化物骨架和巧铁矿薄膜光吸收层；4-空穴传输层/碳电 极层。
[001引图2是在AM1. 5,lOOmW/cm2-个太阳标准光照条件下，实施例1、2、3中巧铁矿薄 膜太阳能电池的伏安特性J-V曲线。
[0019] 图3是实施例1、2、3中巧铁矿薄膜太阳能电池空穴传输层/碳电极层方阻数据。
[0020] 图4是实施例1、2、3中巧铁矿薄膜太阳能电池参数。
【具体实施方式】
[0021] W下为具体实施例，W便进一步阐述本发明。应理解为，该些实施例仅用于说明本 发明而不用于限制本发明的范围，对本发明进行任何改动或修改，该些等价形式同样落于 本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0022] 实施例1
[0023] (1)致密二氧化铁层制备
[0024] 取二（己酷丙酬基）铁酸二异丙醋（TiAcAc)放入烧杯中，加入C&COOH，原料的摩 尔比为TiAcAc:CH3C00H=1: 30,揽拌0. 5小时，将上述溶液采用喷雾涂膜法在透明导 电FTO基底上