一種柔性全固態(tài)陣列式鈣鈦礦太陽能電池的制備方法
【專利摘要】一種柔性全固態(tài)陣列式鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，屬于納米薄膜制備及光電化學(xué)特性【技術(shù)領(lǐng)域】。利用脈沖陽極氧化技術(shù)在鈦箔等柔性基體上制備結(jié)構(gòu)可控的排列高度有序的二氧化鈦納米管陣列，采用溶液法分別將鈣鈦礦敏化劑和固體電解質(zhì)植入二氧化鈦納米管管內(nèi)以形成同軸陣列；以此為基礎(chǔ)，在柔性基體上組裝鈣鈦礦太陽能電池。所制備的復(fù)合薄膜用于鈣鈦礦太陽能電池，其光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到0.65%。
【專利說明】一種柔性全固態(tài)陣列式鈣鈦礦太陽能電池的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一種柔性全固態(tài)陣列式鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，屬于納米薄膜制備及光電化學(xué)特性【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]鈣鈦礦太陽能電池由于具有原料成本低、光電轉(zhuǎn)化效率高和制備工藝簡單等優(yōu)勢而被譽為光伏領(lǐng)域新紀(jì)元的到來。目前用于組裝鈣鈦礦太陽能電池的基體主要是導(dǎo)電玻璃，這不僅影響其制備效率，還限制其在柔性器件上的應(yīng)用；其結(jié)構(gòu)主要有介孔型和平面型，這不僅不利于提高器件的穩(wěn)定性，還無法捕獲各界面光照前后的變化信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種制備柔性全固態(tài)陣列式鈣鈦礦太陽能電池的方法，利用脈沖陽極氧化技術(shù)在鈦箔等柔性基體上制備結(jié)構(gòu)可控的排列高度有序的二氧化鈦納米管陣列，采用溶液法分別將鈣鈦礦敏化劑和固體電解質(zhì)植入二氧化鈦納米管管內(nèi)以形成同軸陣列；以此為基礎(chǔ)，在柔性基體上組裝鈣鈦礦太陽能電池。所制備的復(fù)合薄膜用于鈣鈦礦太陽能電池，其光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到0.65%。
[0004]本發(fā)明提供的制備方法，其特征在于，制備過程包括以下步驟:
[0005](I)鈦片預(yù)處理:首先將鈦片基體表面附著的雜質(zhì)和氧化皮去除，如分別采用丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗lOmin，烘干備用。
[0006](2)步驟(I)的鈦片脈沖陽極氧化:所采用的電解質(zhì)溶液為含氟離子的乙二醇溶液，氧化電壓分別在40V、10V、40V、10V各lOmin，最后在40V下60min，總氧化時間lOOmin，
氧化后將樣品取出用去離子水沖洗，烘干。
[0007](3)熱處理:將步驟(2)氧化后的樣品在400-600°C進(jìn)行熱處理，保溫2h，然后隨爐
冷卻至室溫。
[0008](4)柔性全固態(tài)陣列式鈣鈦礦太陽能電池的制備:制備CH3NH3I粉末與PbI2顆粒，保持摩爾量比1:1溶到Y(jié)-丁內(nèi)酯中，其中優(yōu)選每0.5925g CH3NH3I對應(yīng)0.5?2.5mL Y-丁內(nèi)酯，在40?80°C攪拌16?32h，得到鈣鈦礦敏化劑，將鈣鈦礦敏化劑以I?5kr/min的旋凃速度在5s?25s時間內(nèi)旋凃于二氧化鈦納米管陣列表面及管內(nèi)外壁，干燥后形成CH3NH3PbI3ZtiO2結(jié)構(gòu)；將空穴傳輸材料HTM溶于氯苯中攪拌后形成溶液，優(yōu)選每126mg空穴傳輸材料HTM對應(yīng)0.5?2.5mL氯苯，以4?8kr/min的旋凃速度在5s?25s時間內(nèi)旋凃于CH3NH3PbI3ZtiO2上，干燥后形成HTM/CH3NH3PbI3/Ti02結(jié)構(gòu)；將Au對電極利用磁控濺射方法沉積于HTM/CH3NH3PbI3/Ti02上，形成Au/HTM/CH3NH3PbI3/Ti02結(jié)構(gòu)。自此，柔性全固態(tài)陣列式鈣鈦礦電池制備完畢。
[0009]空穴傳輸材料HTM為P型半導(dǎo)體材料。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0011]利用脈沖陽極氧化技術(shù)在鈦箔等柔性基體上制備結(jié)構(gòu)可控的排列高度有序的二氧化鈦納米管陣列，采用溶液法分別將鈣鈦礦敏化劑和固體電解質(zhì)植入二氧化鈦納米管管內(nèi)以形成同軸陣列；以此為基礎(chǔ)，在柔性基體上組裝鈣鈦礦太陽能電池。所制備的復(fù)合薄膜用于鈣鈦礦太陽能電池，其光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到0.65%。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]本發(fā)明共設(shè)有2個附圖，現(xiàn)分別說明如下:
[0013]圖1 丐鈦礦太陽能電池的掃描電鏡圖:(a)為表面圖，(b)和(C)為截面圖。
[0014]圖2:柔性全固態(tài)陣列式鈣鈦礦太陽能電池的1-V曲線。
【具體實施方式】
[0015]下面通過實施例結(jié)合附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明，其目的在于更好地理解本發(fā)明的內(nèi)容，而不是對本發(fā)明的限制。
[0016]實施例1:
[0017]將金屬鈦片進(jìn)行前期處理，在含氟離子的電解液中脈沖陽極氧化lOOmin，取出用去離子水沖洗，烘干;制備0.5925g CH3NH3I粉末與1.7355g PbI2顆粒，保持摩爾量比1:1，分別溶到0.5mL的Y - 丁內(nèi)酯溶液，在40°C攪拌16h。將鈣鈦礦敏化劑以lkr/min的旋凃速度在5s時間內(nèi)旋凃于二氧化鈦納米管陣列表面及管內(nèi)外壁，干燥后形成CH3NH3PbI3ZtiO2結(jié)構(gòu)；將126mg空穴傳輸材料HTM溶于0.5mL氯苯中攪拌后形成溶液，以4kr/min的旋凃速度在5s時間內(nèi)旋凃于CH3NH3PbI3ZtiO2上，干燥后形成HTM/CH3NH3PbI3/Ti02結(jié)構(gòu)；將Au對電極利用磁控濺射方法沉積于HTM/CH3NH3PbI3/Ti02上，形成Au/HTM/CH3NH3PbI3/Ti02結(jié)構(gòu)，樣品制備完成。
[0018]實施例2:
[0019]將金屬鈦片進(jìn)行前期處理，在含氟離子的電解液中脈沖陽極氧化lOOmin，取出用去離子水沖洗，烘干;制備0.5925g CH3NH3I粉末與1.7355g PbI2顆粒，保持摩爾量比1:1，分別溶到ImL的Y - 丁內(nèi)酯溶液，在50°C攪拌20h。將鈣鈦礦敏化劑以2kr/min的旋凃速度在IOs時間內(nèi)旋凃于二氧化鈦納米管陣列表面及管內(nèi)外壁，干燥后形成CH3NH3PbI3/Ti02結(jié)構(gòu)；將126mg空穴傳輸材料HTM溶于ImL氯苯中攪拌后形成溶液，以5kr/min的旋凃速度在IOs時間內(nèi)旋凃于CH3NH3PbI3ZtiO2上，干燥后形成HTM/CH3NH3PbI3/Ti02結(jié)構(gòu)；將Au對電極利用磁控濺射方法沉積于HTM/CH3NH3PbI3/Ti02上，形成Au/HTM/CH3NH3PbI3/Ti02結(jié)構(gòu)，樣品制備完成。
[0020]實施例3:
[0021]將金屬鈦片進(jìn)行前期處理，在含氟離子的電解液中脈沖陽極氧化lOOmin，取出用去離子水沖洗，烘干;制備0.5925g CH3NH3I粉末與1.7355g PbI2顆粒，保持摩爾量比1:1，分別溶到1.5mL的Y - 丁內(nèi)酯溶液，在60°C攪拌24h。將鈣鈦礦敏化劑以3kr/min的旋凃速度在15s時間內(nèi)旋凃于二氧化鈦納米管陣列表面及管內(nèi)外壁，干燥后形成CH3NH3PbI3ZtiO2結(jié)構(gòu)；將126mg空穴傳輸材料HTM溶于1.5mL氯苯中攪拌后形成溶液，以6kr/min的旋凃速度在15s時間內(nèi)旋凃于CH3NH3PbI3ZtiO2上，干燥后形成HTM/CH3NH3PbI3/Ti02結(jié)構(gòu)；將Au對電極利用磁控濺射方法沉積于HTM/CH3NH3PbI3/Ti02上，形成Au/HTM/CH3NH3PbI3/Ti02結(jié)構(gòu)，樣品制備完成。[0022]實施例4:
[0023]將金屬鈦片進(jìn)行前期處理，在含氟離子的電解液中脈沖陽極氧化lOOmin，取出用去離子水沖洗，烘干;制備0.5925g CH3NH3I粉末與1.7355g PbI2顆粒，保持摩爾量比1:1，分別溶到2mL的Y - 丁內(nèi)酯溶液，在70°C攪拌28h。將鈣鈦礦敏化劑以4kr/min的旋凃速度在20s時間內(nèi)旋凃于二氧化鈦納米管陣列表面及管內(nèi)外壁，干燥后形成CH3NH3PbI3ZtiO2結(jié)構(gòu)；將126mg空穴傳輸材料HTM溶于2mL氯苯中攪拌后形成溶液，以7kr/min的旋凃速度在20s時間內(nèi)旋凃于CH3NH3PbI3ZtiO2上，干燥后形成HTM/CH3NH3PbI3/Ti02結(jié)構(gòu)；將Au對電極利用磁控濺射方法沉積于HTM/CH3NH3PbI3/Ti02上，形成Au/HTM/CH3NH3PbI3/Ti02結(jié)構(gòu)，樣品制備完成。
[0024]實施例5:
[0025]將金屬鈦片進(jìn)行前期處理，在含氟離子的電解液中脈沖陽極氧化lOOmin，取出用去離子水沖洗，烘干;制備0.5925g CH3NH3I粉末與1.7355g PbI2顆粒，保持摩爾量比1:1，分別溶到2.5mL的Y - 丁內(nèi)酯溶液，在80°C攪拌32h。將鈣鈦礦敏化劑以5kr/min的旋凃速度在25s時間內(nèi)旋凃于二氧化鈦納米管陣列表面及管內(nèi)外壁，干燥后形成CH3NH3PbI3/Ti02結(jié)構(gòu)；將126mg空穴傳輸材料HTM溶于2.5mL氯苯中攪拌后形成溶液，以8kr/min的旋凃速度在25s時間內(nèi)旋凃于CH3NH3PbI3ZtiO2上，干燥后形成HTM/CH3NH3PbI3/Ti02結(jié)構(gòu)；將Au對電極利用磁控濺射方法沉積于HTM/CH3NH3PbI3/Ti02上，形成Au/HTM/CH3NH3PbI3/Ti02結(jié)構(gòu)，樣品制備完成。
[0026]附表
[0027]表1.實驗參數(shù)表
[0028]
【權(quán)利要求】
1.一種柔性全固態(tài)陣列式鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)鈦片預(yù)處理:首先將鈦片基體表面附著的雜質(zhì)和氧化皮去除； (2)步驟(I)的鈦片脈沖陽極氧化:所采用的電解質(zhì)溶液為含氟離子的乙二醇溶液，氧化電壓分別在40V、10V、40V、IOV各lOmin，最后在40V下60min，總氧化時間lOOmin，氧化后將樣品取出用去離子水沖洗，烘干； (3)熱處理:將步驟(2)氧化后的樣品在400-600°C進(jìn)行熱處理，保溫2h，然后隨爐冷卻至室溫； (4)柔性全固態(tài)陣列式鈣鈦礦太陽能電池的制備:制備CH3NH3I粉末與PbI2顆粒，保持摩爾量比1:1溶到Y(jié)-丁內(nèi)酯中，在40?80°C攪拌16?32h，得到鈣鈦礦敏化劑，將鈣鈦礦敏化劑以I?5kr/min的旋凃速度、在5s?25s時間內(nèi)旋凃于二氧化鈦納米管陣列表面及管內(nèi)外壁，干燥后形成CH3NH3PbI3/Ti02結(jié)構(gòu)；將空穴傳輸材料HTM溶于氯苯中攪拌后形成溶液，以4?8kr/min的旋凃速度在5s?25s時間內(nèi)旋凃于CH3NH3Pb13/TiO2上，干燥后形成HTM/CH3NH3PbI3/Ti02結(jié)構(gòu)；將Au對電極利用磁控濺射方法沉積于HTM/CH3NH3PbI3/Ti02上，形成 Au/HTM/CH3NH3PbI3/Ti02 結(jié)構(gòu)。
2.按照權(quán)利要求1的一種柔性全固態(tài)陣列式鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于，每 0.5925g CH3NH3I 對應(yīng) 0.5 ?2.5mL Y - 丁內(nèi)酯。
3.按照權(quán)利要求1的一種柔性全固態(tài)陣列式鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于，每126mg空穴傳輸材料HTM對應(yīng)0.5?2.5mL氯苯。
4.按照權(quán)利要求1-3的任一方法制備得到的柔性全固態(tài)陣列式鈣鈦礦太陽能電池。
【文檔編號】H01L31/18GK103928570SQ201410149321
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月12日
【發(fā)明者】李洪義, 王金淑, 蘇鵬磊, 王菲, 王鴻 申請人:北京工業(yè)大學(xué)