一種全碳基鈣鈦礦太陽能電池及其制備工藝的制作方法
本發明涉及一種全碳基鈣鈦礦太陽能電池及其制備工藝，屬于太陽能電池技術領域。
背景技術：
隨著能源危機、環境污染等問題的日益加劇，人們對新型可再生能源的需求越來越顯著。可再生能源包括太陽能、水力、風力、生物質能、波浪能、潮汐能、海洋溫差能等，其中太陽能因具有可重復利用、成本低廉、用之不盡等優點而備受關注。對太陽能的利用可以有很多途徑，有直接利用太陽光的熱能，如常用的太陽能熱水器，還有將太陽能先轉換為其它能源再進行利用，如太陽能電池是將太陽光的光能轉換為電能再進行利用。目前廣泛應用的硅太陽能電池由于制作成本較高、生產工藝復雜，其推廣應用受到一定限制。近年來，一種基于有機無機復合鈣鈦礦材料作為吸光材料的全固態鈣鈦礦太陽能電池引起人們的極大關注，該種鈣鈦礦太陽能電池光電轉換效率已達22.1％，并且制備工藝簡單，加工成本低，已經成為光伏領域的重要研究熱點。
傳統碳基鈣鈦礦太陽能電池通常使用二氧化鈦作為電子傳輸層，吸附在二氧化鈦表面的水氧在光照條件下會被氧化成超氧負離子和氫氧自由基，這些氧化物可以迅速地使鈣鈦礦層發生分解，使得傳統碳基鈣鈦礦太陽能電池光照穩定性較差。為了提高碳基鈣鈦礦太陽能電池光照穩定性，選擇穩定且高效的電子傳輸層應用于碳基鈣鈦礦太陽能電池顯得尤為重要。
技術實現要素：
本發明的目的在于將富勒烯及其衍生物作為電子傳輸層應用于碳基鈣鈦礦太陽能電池以制備全碳基鈣鈦礦太陽能電池。
一種全碳基鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，包括依次層疊的襯底、透明電極、電子傳輸層、鈣鈦礦吸光層和碳電極，鈣鈦礦吸光層是由具有鈣鈦礦結構的光伏材料構成，電子傳輸層是由富勒烯或其衍生物構成，厚度為5-50nm。
進一步，所述襯底的構成材料包括玻璃或柔性塑料。
進一步，所述的透明電極材料包括銦錫氧化物、氟錫氧化物、鋁鋅氧化物。
進一步，所述的鈣鈦礦層由化學通式為abxmy(3-m)型晶體結構的一種或多種材料形成，其中a＝ch3nh3、c4h9nh3、nh2＝chnh2；b＝pb、sn；x,y＝cl、br、i；m為0至3內任意值。
進一步，所述的碳電極為碳納米管或碳漿料。
進一步，電子傳輸層的制備使用真空蒸鍍系統將富勒烯c60以
本發明具有以下有益效果：本發明將富勒烯及其衍生物作為電子傳輸層應用于碳基鈣鈦礦太陽能電池以制備全碳基鈣鈦礦太陽能電池。富勒烯是繼金剛石、石墨之后碳的第三種同素異形體。富勒烯獨特的三維共軛結構使其具有較好的得電子特性和電子傳輸性質，是一類重要的電子傳輸材料。富勒烯表面不含羥基，具有很好的穩定性。同時富勒烯的能級結構與鈣鈦礦能級比較匹配，鈣鈦礦與富勒烯之間可以形成高效的電子傳輸。以富勒烯或其衍生物作為電子傳輸層，可以有效淬滅ch3nh3pbi3的熒光，說明ch3nh3pbi3和富勒烯之間具有高效的電荷轉移現象。同時，碳電極相對于金屬電極而言，不易被氧化腐蝕，性質穩定。因此，以富勒烯及其衍生物做為電子傳輸層制備的全碳基鈣鈦礦太陽能電池的光穩定性能夠大大提高。
附圖說明
圖1為本發明中實施例1鈣鈦礦太陽能電池器件的結構示意圖。
圖2為本發明實施例1制備的鈣鈦礦太陽能電池的i-v曲線。
圖3為不同電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池的空氣穩定性測試結果(濕度55％，空氣)。
圖4為c60作為電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池的光穩定性測試結果(濕度55％，空氣)。
具體實施方式
下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規方法。
下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業途徑得到。
實施例1、富勒烯作為電子傳輸層集成的全碳基鈣鈦礦太陽能電池器件及其性能表征
圖1示出了本發明所述富勒烯作為電子傳輸層集成的全碳基鈣鈦礦太陽能電池器件結構，包括：透明導電襯底、富勒烯電子傳輸層、鈣鈦礦吸光層、碳電極。制備步驟如下：
(1)導電玻璃的清洗：連續兩遍使用去離子水、丙酮、異丙醇超聲清洗15分鐘并紫外臭氧處理20分鐘。
(2)富勒烯電子傳輸層的制備：使用真空蒸鍍系統在1×10-7torr的真空度下將富勒烯c60以
(3)鈣鈦礦層的制備：將碘甲胺和碘化鉛按摩爾比1:1混合溶于dmf和dmso的混合溶劑中，得到濃度為1m的鈣鈦礦溶液。將鈣鈦礦旋涂于fto/c60基底上并95℃退火30min形成鈣鈦礦層。
(4)碳電極的制備：將由炭黑，石墨和環氧樹脂等按一定比例配制的碳漿料均勻涂覆在鈣鈦礦層上面形成碳電極，制得鈣鈦礦太陽能電池器件。
上述制備的鈣鈦礦太陽能電池的性能如表1所示(所有測試均在1個太陽下測得，100mw/cm2)。
表1鈣鈦礦太陽能電池性能
將實施例1中的c60作為電子傳輸層與旋涂的30nm厚的tio2電子傳輸層進行對比，在圖2和表1中可以看出以c60作為電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率明顯高于以tio2作為電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池。圖3顯示了以c60作為電子傳輸層集成的全碳基鈣鈦礦太陽能電池的空氣穩定性均大大提高。圖4顯示了以c60作為電子傳輸層集成的全碳基鈣鈦礦太陽能電池的光穩定性在100小時內還能保持99％以上。
實施例2、pcbm作為電子傳輸層集成的全碳基鈣鈦礦太陽能電池
一種本發明的鈣鈦礦太陽能電池，與實施例1實施方式及效果基本相同，區別僅在于：電子傳輸層采用富勒烯衍生物pcbm，將pcbm溶解于氯苯中形成20mg/ml的溶液，采用溶液旋涂的方法旋涂20nm在導電玻璃上形成。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，本發明的保護范圍并不僅局限于上述實施例。凡屬于本發明思路下的技術方案均屬于本發明的保護范圍。應該指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下的改進和潤飾，都應視為本發明的保護范圍。
技術特征：
技術總結
本發明公開了一種全碳基鈣鈦礦太陽能電池及其制備工藝。該鈣鈦礦太陽能電池結構包括依次層疊的襯底、透明電極、富勒烯或其衍生物、鈣鈦礦吸光層和碳電極，其中富勒烯或其衍生物做為電子傳輸層，鈣鈦礦吸光層是由具有鈣鈦礦結構的光伏材料構成。制備工藝包括在襯底上依次制備透明電極、富勒烯電子傳輸層、鈣鈦礦吸光層和碳電極。本發明的制備工藝操作簡單，成本低廉，電池的穩定性高，可實現電池的工業化生產。
技術研發人員：孟祥悅;周軍帥;侯杰;陶霞
受保護的技術使用者：北京化工大學
技術研發日：2017.04.15
技術公布日：2017.09.12
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