[发明专利]一种改性二氧化钛纳米颗粒、其制备方法及钙钛矿太阳能电池

说明书

本发明提供了一种改性二氧化钛纳米颗粒，包括二氧化钛内核与包裹在二氧化钛内核外的硫化物量子点壳层；所述硫化物量子点壳层选自硫化镉和/或硫化锌。与现有技术相比，本发明在二氧化钛纳米颗粒外包裹下转换发光材料硫化物量子点，硫化物量子点可吸收紫外光发射可见光，将其用于太阳能电池中可扩宽太阳能电池的光谱响应范围，提高电流密度，并且通过吸收紫外光，提高电池的稳定性；同时硫化物量子点还可改善二氧化钛的电子迁移率，改善了钙钛矿太阳能电池中电子的传输，减少电子在界面处的堆积，进而减少了迟滞效应。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种改性二氧化钛纳米颗粒、其制备方法及钙钛矿太阳能电池。

背景技术

太阳能电池可以通过光电转换将太阳能转化为电能被人们直接使用而备受关注。根据太阳能电池的发展和所用的光吸收层材料，可将太阳能电池分为三类。第一类是硅基太阳能电池，包括单晶硅、多晶硅太阳能电池、非晶硅薄膜太阳能电池以及硅的叠层太阳能电池；第二类是化合物太阳能电池，包括铜铟镓硒(CIGS)、碲化镉(CdTe)、砷化镓(GaAs)和钙钛矿等太阳能电池；第三类是新型太阳能电池，包括染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池和量子点太阳能电池等。

其中，钙钛矿型太阳能电池(perovskite solar cells)，是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代太阳能电池，也称作新概念太阳能电池。

钙钛矿太阳能电池，采用具有钙钛矿晶体结构的有机无机杂化的金属卤化物作为吸光层，自2009年以来，因制备方式简单、生产成本低廉和光电性能优异而备受关注，光电转换效率由3.8％迅速升至25.7％，成为当前发展最快的光伏技术，是全世界最受瞩目的新兴光伏技术，业界期待钙钛矿技术在进一步提高光电转化效率的同时，能够大幅度降低光伏组件的制造成本。

目前钙钛矿太阳能电池大多采用二氧化钛作为电子传输层，但二氧化钛本身的电子迁移率较低，限制了钙钛矿电池器件的光电转换效率。因此改善电子传输层的迁移率是目前研究的问题之一。

并且，目前影响钙钛矿太阳能电池稳定性的一个重要因素是紫外线照射。与其他多种太阳能电池技术一样，紫外照射成为钙钛矿太阳能电池劣化的原因之一。因此提高电池的稳定性，增强其使用寿命是目前亟需解决的问题之一。

并且，目前高效率的电池中钙钛矿层的厚度大约在300～500nm之间。经过理论计算当只考虑光吸收时要得到更高效率的电池，钙钛矿层的厚度也应增加。然而钙钛矿厚度的增加会带来相应的负面影响，如当钙钛矿层更厚时，光生载流子需要传输的路程也增加了，这要求薄膜材料的载流子扩散长度很大，但增加的厚度使传输过程的晶界增加，反而会使载流子的寿命变短从而不利于其扩散，这最终会影响电池的收集效率。另一方面增加的晶界和缺陷会提高电荷复合的可能性。所以高效率电池中使用的300～500nm的厚度是在增强的光吸收和载流子的传输之间相互平衡的结果。因此在不增加吸光层厚度的前提下增加其光吸收已经成为了一个研究主题。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种改性二氧化钛纳米颗粒、其制备方法及钙钛矿太阳能电池，通过在二氧化钛纳米颗粒的内核外包裹一层下转换材料形成核壳结构，从而增加钙钛矿吸收层的吸光谱段，使电池具有较强的吸光能力、较高的电流密度及较高的紫外稳定性。

本发明提供了一种改性二氧化钛纳米颗粒，包括二氧化钛内核与包裹在二氧化钛内核外的硫化物量子点壳层；

所述硫化物量子点壳层选自硫化镉和/或硫化锌。

优选的，所述二氧化钛内核与硫化物量子点壳层的体积比为(5～20)：1。

本发明还提供了一种改性二氧化钛纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：

S1)将钛酸烷基酯与醇溶剂混合，加入酸性溶液，搅拌反应后，陈化，得到二氧化钛纳米前驱溶液；