[发明专利]一种基于H-TiO2纳米粉体的钙钛矿太阳能电池的制备方法

摘要

一种基于H-TiO₂纳米粉体的钙钛矿太阳能电池的制备方法。本发明涉及一种基于H-TiO₂纳米粉体的钙钛矿太阳能电池的制备方法。本发明是为了解决氢化二氧化钛材料作为钙钛矿太阳能电池电子层材料严重的界面复合造成的电池性能下降和现有技术制备的钙钛矿太阳能电池对近红外光区能量利用少，电池效率低的问题。方法：一、制备H-TiO₂；二、制备H-TiO₂光阳极浆料；三、制备致密层溶液；四、制备钙钛矿层溶液；五、制备空穴传输层溶液；六、清洗基底；七、钙钛矿太阳能电池的制备。本发明用于制备钙钛矿太阳能电池。

主权项

一种基于H‑TiO₂纳米粉体的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于基于H‑TiO₂纳米粉体的钙钛矿太阳能电池的制备方法具体是按以下步骤进行的：一、将二氧化钛纳米粉末放置于石英舟内，将盛有二氧化钛纳米粉末的石英舟放置在管式炉中，持续通入氮气和氢气的混合气体，然后以1℃/min的升温速率将反应温度从室温升温至300℃～600℃，在300℃～600℃保温3h～8h后，再转移至真空干燥箱中静置1h～5h后，冷却至室温，得到H‑TiO₂粉体；所述二氧化钛纳米粉末是采用溶胶水热法制备而成的；所述氮气和氢气的混合气体中氢氮比为1:9；所述氮气和氢气的混合气体的流速为100sccm～400sccm；二、将H‑TiO₂粉体、乙基纤维素、松油醇和乙醇混合，搅拌均匀得到浆料；所述H‑TiO₂粉体与乙基纤维素的质量比为1:(0.1～0.5)；所述H‑TiO₂粉体与松油醇的质量比为1:(2～7)；所述H‑TiO₂粉体与乙醇的质量比为1:(20～40)；三、制备致密层溶液：将浓度为2mol/L的盐酸与异丙醇Ⅰ混合，得到混液A；将异丙醇钛与异丙醇Ⅱ混合，得到混液B；在搅拌速度为80rpm～120rpm的条件下将混液A逐滴滴加到混液B中至混合液澄清，得到致密层溶液；所述浓度为2mol/L的盐酸与异丙醇Ⅰ的体积比为1:(100～500)；异丙醇钛与异丙醇Ⅱ的体积比为1:(10～35)；混液A与混液B的体积比为1:(0.8～1.2)；四、制备钙钛矿层溶液：将碘化铅溶于DMF中，然后在温度为50℃～80℃的条件下磁力搅拌10h～14h，得到钙钛矿层溶液A；将甲基碘化胺溶于DMF中，得到钙钛矿层溶液B；所述钙钛矿层溶液A的浓度为400mg/mL～500mg/mL；所述钙钛矿层溶液B的浓度为4mg/mL～10mg/mL；五、制备空穴传输层溶液：将锂盐溶于乙腈中，搅拌10min～20min，得到锂盐溶液；将氯苯、Spiro‑OMeTAD、磷酸三丁酯和锂盐溶液混合，在常温下搅拌10min～20min，得到空穴传输层溶液；所述锂盐溶液的浓度为500mg/mL～600mg/mL；所述氯苯的体积与Spiro‑OMeTAD的质量比为1mL:(50～80)mg；所述氯苯与磷酸三丁酯的体积比为1:(0.02～0.04)；所述氯苯与锂盐溶液的体积比为1:(0.01～0.02)；六、清洗基底：将FTO导电玻璃先采用去离子水超声清洗3～5次，再采用丙酮超声清洗3～5次、然后采用异丙醇超声清洗3～5次，最后采用紫外臭氧处理10min～20min，得到洁净的透明导电玻璃衬底；七、以洁净的透明导电玻璃衬底为基体材料，采用旋涂的方式以2000rpm～5000rpm的转速旋转30s～60s，采用步骤三得到的致密层溶液在基体材料上旋涂一层厚度为80nm～120nm的二氧化钛致密层后，在温度为500℃的条件下退火30min～60min；然后采用旋涂的方式以4000rpm～8000rpm的转速旋转30s～60s，采用步骤二得到的浆料在厚度为80nm～120nm的二氧化钛致密层上再旋涂一层厚度为280nm～320nm的多孔二氧化钛层后，在温度为500℃的条件下退火30min～60min；然后采用旋涂的方式以4000rpm～8000rpm的转速旋转5s～20s，采用步骤四得到的钙钛矿层溶液A在厚度为280nm～320nm的多孔二氧化钛层上再旋涂一层钙钛矿层A在温度为100℃的热台上加热15min～20min，自然冷却至室温；然后采用旋涂的方式以3000rpm～6000rpm的转速旋转5s～20s，采用步骤四得到的钙钛矿层溶液B在钙钛矿层A上再旋涂一层钙钛矿层B，在温度为100℃的热台上加热15min～20min，自然冷却至室温，得到甲胺铅化碘多晶膜；然后采用旋涂的方式以3000rpm～6000rpm的转速旋转5s～20s，采用步骤五得到的空穴传输层溶液在甲胺铅化碘多晶膜上再旋涂一层空穴传输层，在温度为100℃的热台上加热15min～20min，自然冷却至室温；然后采用蒸镀的方式在空穴传输层上蒸镀金电极层，即完成基于H‑TiO₂纳米粉体的钙钛矿太阳能电池的制备。