一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及其制備方法，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池依次包括導(dǎo)電玻璃層、致密二氧化鈦膜、多孔二氧化鈦膜、甲胺鉛碘多晶膜、空穴傳輸材料層及金屬電極層，特點(diǎn)是：多孔二氧化鈦膜是鋅摻雜的，摻雜后鋅原子與鈦原子的摩爾比為0.1%~0.4%∶1；優(yōu)點(diǎn)是：使用含鋅摻雜的多孔二氧化鈦?zhàn)鳛殁}鈦礦太陽(yáng)能電池的光陽(yáng)極，能夠通過(guò)鋅摻雜改變二氧化鈦的導(dǎo)帶，使二氧化鈦導(dǎo)帶下移，從而使得作為鈣鈦礦吸光層的甲胺鉛碘的導(dǎo)帶與鋅摻雜的二氧化鈦的導(dǎo)帶之間間隙變大，使電子更容易注入和通過(guò)，從而能夠提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
【專利說(shuō)明】
一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，尤其涉及一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈣鈦礦太陽(yáng)能電池由于其成本低廉、制備工藝簡(jiǎn)單、光電轉(zhuǎn)化效率較高而受到科研以及產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池自發(fā)展以來(lái)已取得較大進(jìn)展，至今其最高光電轉(zhuǎn)換效率已超過(guò)20%，大大超過(guò)了染料敏化太陽(yáng)能電池和有機(jī)太陽(yáng)薄膜太陽(yáng)能電池。因此，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是成本低、效率高的薄膜太陽(yáng)能電池，具有良好的發(fā)展前景。
[0003]鈣鈦礦太陽(yáng)能電池目前有多種結(jié)構(gòu)，其中含多孔二氧化鈦的介觀電池是最主要的結(jié)構(gòu)。而在多孔二氧化鈦鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中，多孔二氧化鈦?zhàn)鳛殡娮觽鬏攲?，可以影響電子傳輸，從而影響太?yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。為了進(jìn)一步提高多孔鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，需要對(duì)作為電子傳輸層的多孔二氧化鈦進(jìn)行改性研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種電子傳輸更有效、光電轉(zhuǎn)換效率更高的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及其制備方法。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為:一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，依次包括導(dǎo)電玻璃層、致密二氧化鈦膜、多孔二氧化鈦膜、甲胺鉛碘多晶膜、空穴傳輸材料層及金屬電極層，所述多孔二氧化鈦膜是鋅摻雜的，摻雜后鋅原子與鈦原子的摩爾比為0.1%?0.4%:1。由此，能夠通過(guò)鋅摻雜改變二氧化鈦的導(dǎo)帶，使二氧化鈦導(dǎo)帶下移，從而使得作為鈣鈦礦吸光層的甲胺鉛碘的導(dǎo)帶與鋅摻雜的二氧化鈦的導(dǎo)帶之間間隙變大，使電子更容易注入和通過(guò)，從而能夠提尚I丐欽礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0006]在一些實(shí)施方式中，所述多孔二氧化鈦膜中鋅的來(lái)源為乙酸鋅。由此，乙酸鋅具有較優(yōu)的效果，在其他實(shí)施方式中，鋅的來(lái)源可以是其他遇高溫后水解僅留下鋅摻雜的含鋅化合物。
[0007]在一些實(shí)施方式中，所述空穴傳輸材料層由spiro_Me0TAD(2，2’，7，7’-tetrakis(N，N_d1-p-methoxyphenylamine)-9,9'-spirobifluorene)(CAS:207739-72-8)或3_己基取代聚噻吩(P3HT)制得。
[0008]在一些實(shí)施方式中，所述致密二氧化鈦膜厚度為20?200納米，所述多孔二氧化鈦膜厚度為200納米?I微米，所述鈣鈦礦吸光層厚度為200納米?1.5微米，所述空穴傳輸材料層厚度為50?500納米，所述金屬電極層厚度為50?200納米。
[0009]—種上述的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，包括以下步驟:
①使用溶膠凝膠法在導(dǎo)電玻璃層上生成致密二氧化鈦膜，300?500°C條件下處理后冷卻備用；
②按比例將鋅鹽加入二氧化鈦漿料中，并通過(guò)溶膠凝膠法合成鋅摻雜的多孔二氧化鈦漿料； ③在步驟①中得到的致密二氧化鈦膜上涂覆鋅摻雜的多孔二氧化鈦漿料，300?500°C燒結(jié)后備用；
④將0.8?1.211101/1物質(zhì)的量濃度的PbI2溶于N，N-二甲基甲酰胺中，使用勻膠機(jī)將上述溶液沉積在鋅摻雜的多孔二氧化鈦膜上，再將膜浸泡在濃度為0.01-0.05g/ml碘甲基氨的異丙醇中，浸泡>5分鐘，控制溫度75°C>105°C，得到界面改性的甲胺鉛碘多晶膜；
⑤將空穴傳輸材料的有機(jī)溶液均勻地旋涂在界面改性的甲胺鉛碘多晶膜上；
⑥使用蒸鍍方法，在上述多層膜上蒸鍍金屬電極層。
[0010]在一些實(shí)施方式中，所述空穴傳輸材料為spiro-MeOTAD，步驟⑤具體為:將物質(zhì)的量濃度為0.5-1.5mol/L的spiro-MeOTAD溶解于氯苯中，加入80%spiro_Me0TAD摩爾數(shù)的3-四丁基卩比啶和30%spiro-Me0TAD摩爾數(shù)的雙三氟甲燒磺酰亞胺鋰，然后將上述spiro-MeOTAD的有機(jī)溶液均勻地旋涂在界面改性的甲胺鉛碘多晶膜上。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:使用含鋅摻雜的多孔二氧化鈦?zhàn)鳛殁}鈦礦太陽(yáng)能電池的光陽(yáng)極，能夠通過(guò)鋅摻雜改變二氧化鈦的導(dǎo)帶，使二氧化鈦導(dǎo)帶下移，從而使得作為鈣鈦礦吸光層的甲胺鉛碘的導(dǎo)帶與鋅摻雜的二氧化鈦的導(dǎo)帶之間間隙變大，使電子更容易注入和通過(guò)，從而能夠提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
【具體實(shí)施方式】
[0012]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0013]實(shí)施例1:鋅摻雜的多孔二氧化鈦膜中鋅與肽的摩爾比為0.1%:1
將10.5 ml的鈦酸異丙酯和1.97 ml的冰乙酸混合攪拌15分鐘后，加入50 ml去離子水，攪拌I小時(shí)，加入0.69 ml的濃硝酸，再加入鋅與鈦摩爾比為0.1%:1的乙酸鋅，轉(zhuǎn)移至80 °C水浴2小時(shí)后，轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中250 °C反應(yīng)12小時(shí)。加入0.4 ml的濃硝酸超聲震蕩后，再旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，用酒精清洗多次并離心。再將所得物混合在10.08 g松油醇、0.702 g乙基纖維素(型號(hào)為9-11)和0.54 g乙基纖維素(型號(hào)為45-55)中攪拌，超聲震蕩，最后再經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后得到鋅摻雜的多孔二氧化鈦漿料。
[0014]將鋅摻雜的多孔二氧化鈦漿料旋涂在經(jīng)過(guò)450°C處理的致密二氧化鈦膜上，再將物質(zhì)的量濃度為I mo 1/L的溶解有PbI2的N，N-二甲基甲酰胺旋涂在鋅摻雜的多孔二氧化鈦膜上，然后將其浸泡在0.3 g碘甲基氨溶于30 ml異丙醇的混合溶液中。浸泡3分鐘，控制溫度100°C。將空穴傳輸材料的有機(jī)溶液均勻地旋涂在界面改性的甲胺鉛碘多晶膜上。最后，使用蒸鍍方法，在上述多層膜上蒸鍍銀電極層。
[00?5] 在室溫環(huán)境，使用氣燈模擬太陽(yáng)光，光強(qiáng)為95.6mW/cm2 (太陽(yáng)光模擬器型號(hào):Newp0rt91192A)條件下，測(cè)得本實(shí)施例的鋅摻雜的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(有效光照面積為0.0 7 c m2)的光電轉(zhuǎn)換效率為9.6 %，比未經(jīng)改性的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率(9.03%)提高6%。提高的原因主要是鋅的摻雜使得二氧化鈦導(dǎo)帶輕微下降，從而有利于電子從鈣鈦礦注入到二氧化鈦中，從而提高了短路電流和電池的效率。
[0016]實(shí)施例2:鋅摻雜的多孔二氧化鈦膜中鋅與肽的摩爾比為0.2%: I
將10.5 ml的鈦酸異丙酯和1.97 ml的冰乙酸混合攪拌15分鐘后，加入50 ml去離子水，攪拌I小時(shí)，加入0.69 ml的濃硝酸，再加入鋅與鈦摩爾比為0.2%:1的乙酸鋅，轉(zhuǎn)移至80 °C水浴2小時(shí)后，轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中250 °C反應(yīng)12小時(shí)。加入0.4 ml的濃硝酸超聲震蕩后，再旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，用酒精清洗多次并離心。再將所得物混合在10.08 g松油醇、0.702 g乙基纖維素(型號(hào)為9-11)和0.54 g乙基纖維素(型號(hào)為45-55)中攪拌，超聲震蕩，最后再經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后得到鋅摻雜的多孔二氧化鈦漿料。
[0017]將鋅摻雜的多孔二氧化鈦漿料旋涂在經(jīng)過(guò)450°C處理的致密二氧化鈦膜上，再將物質(zhì)的量濃度為I mo 1/L的溶解有PbI2的N，N-二甲基甲酰胺旋涂在鋅摻雜的多孔二氧化鈦膜上，然后將其浸泡在0.3 g碘甲基氨溶于30 ml異丙醇的混合溶液中。浸泡3分鐘，控制溫度100°C。將空穴傳輸材料的有機(jī)溶液均勻地旋涂在界面改性的甲胺鉛碘多晶膜上。最后，使用蒸鍍方法，在上述多層膜上蒸鍍銀電極層。
[0018]在室溫環(huán)境，使用氣燈模擬太陽(yáng)光，光強(qiáng)為95.6mW/cm2 (太陽(yáng)光模擬器型號(hào):Newp0rt91192A)條件下，測(cè)得本實(shí)施例的鋅摻雜的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(有效光照面積為0.0 7 c m2)的光電轉(zhuǎn)換效率為11.8 %，比未經(jīng)改性的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率(9.03%)提高31%。提高的原因主要是鋅的摻雜使得二氧化鈦導(dǎo)帶下降更多，從而有利于電子從鈣鈦礦注入到二氧化鈦中，從而提高了短路電流和電池的效率。
[0019]實(shí)施例3:鋅摻雜的多孔二氧化鈦膜中鋅與肽的摩爾比為0.3%:1
將10.5 ml的鈦酸異丙酯和1.97 ml的冰乙酸混合攪拌15分鐘后，加入50 ml去離子水，攪拌I小時(shí)，加入0.69 ml的濃硝酸，再加入鋅與鈦摩爾比為0.3%:1的乙酸鋅，轉(zhuǎn)移至80 °C水浴2小時(shí)后，轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中250 °C反應(yīng)12小時(shí)。加入0.4 ml的濃硝酸超聲震蕩后，再旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，用酒精清洗多次并離心。再將所得物混合在10.08 g松油醇、0.702 g乙基纖維素(型號(hào)為9-11)和0.54 g乙基纖維素(型號(hào)為45-55)中攪拌，超聲震蕩，最后再經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后得到鋅摻雜的多孔二氧化鈦漿料。
[0020]將鋅摻雜的多孔二氧化鈦漿料旋涂在經(jīng)過(guò)450°C處理的致密二氧化鈦膜上，再將物質(zhì)的量濃度為I mo 1/L的溶解有PbI2的N，N-二甲基甲酰胺旋涂在鋅摻雜的多孔二氧化鈦膜上，然后將其浸泡在0.3 g碘甲基氨溶于30 ml異丙醇的混合溶液中。浸泡3分鐘，控制溫度100°C。將空穴傳輸材料的有機(jī)溶液均勻地旋涂在界面改性的甲胺鉛碘多晶膜上。最后，使用蒸鍍方法，在上述多層膜上蒸鍍銀電極層。
[0021]在室溫環(huán)境，使用氣燈模擬太陽(yáng)光，光強(qiáng)為95.6mW/cm2 (太陽(yáng)光模擬器型號(hào):Newp0rt91192A)條件下，測(cè)得本實(shí)施例的鋅摻雜的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(有效光照面積為0.0 7 c m2)的光電轉(zhuǎn)換效率為1.5 %，比未經(jīng)改性的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率(9.03%)提高16%。提高的原因主要是鋅的摻雜使得二氧化鈦導(dǎo)帶下降更多，從而有利于電子從鈣鈦礦注入到二氧化鈦中，從而提高了短路電流和電池的效率。但是，更高的摻雜比會(huì)使得二氧化鈦中含有雜質(zhì)較多，從而影響了電子的復(fù)合，減小了短路電流，從而可以看到鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率相比0.2%的鋅摻雜率反而下降。
[0022]實(shí)施例4:鋅摻雜的多孔二氧化鈦膜中鋅與肽的摩爾比為0.4%:1
將10.5 ml的鈦酸異丙酯和1.97 ml的冰乙酸混合攪拌15分鐘后，加入50 ml去離子水，攪拌I小時(shí)，加入0.69 ml的濃硝酸，再加入鋅與鈦摩爾比為0.4%:1的乙酸鋅，轉(zhuǎn)移至80 °C水浴2小時(shí)后，轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中250 °C反應(yīng)12小時(shí)。加入0.4 ml的濃硝酸超聲震蕩后，再旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，用酒精清洗多次并離心。再將所得物混合在10.08 g松油醇、0.702 g乙基纖維素(型號(hào)為9-11)和0.54 g乙基纖維素(型號(hào)為45-55)中攪拌，超聲震蕩，最后再經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后得到鋅摻雜的多孔二氧化鈦漿料。
[0023]將鋅摻雜的多孔二氧化鈦漿料旋涂在經(jīng)過(guò)450°C處理的致密二氧化鈦膜上，再將物質(zhì)的量濃度為I mo 1/L的溶解有PbI2的N，N-二甲基甲酰胺旋涂在鋅摻雜的多孔二氧化鈦膜上，然后將其浸泡在0.3 g碘甲基氨溶于30 ml異丙醇的混合溶液中。浸泡3分鐘，控制溫度100°C。將空穴傳輸材料的有機(jī)溶液均勻地旋涂在界面改性的甲胺鉛碘多晶膜上。最后，使用蒸鍍方法，在上述多層膜上蒸鍍銀電極層。
[0024]在室溫環(huán)境，使用氣燈模擬太陽(yáng)光，光強(qiáng)為95.6mW/cm2 (太陽(yáng)光模擬器型號(hào):Newp0rt91192A)條件下，測(cè)得本實(shí)施例的鋅摻雜的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(有效光照面積為0.0 7 c m2)的光電轉(zhuǎn)換效率為9.4 %，比未經(jīng)改性的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率(9.03%)提高4%。提高的原因主要是鋅的摻雜使得二氧化鈦導(dǎo)帶下移，從而有利于電子從鈣鈦礦注入到二氧化鈦中，從而提高了短路電流和電池的效率。但是，0.4%的摻雜比使得二氧化鈦中含有雜質(zhì)較多，從而影響了電子的復(fù)合，減小了短路電流，從而可以看到鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率相比上述實(shí)施例反而下降。
[0025]實(shí)施例5:鋅摻雜的多孔二氧化鈦膜中鋅與肽的摩爾比為0.5%:1
將10.5 ml的鈦酸異丙酯和1.97 ml的冰乙酸混合攪拌15分鐘后，加入50 ml去離子水，攪拌I小時(shí)，加入0.69 ml的濃硝酸，再加入鋅與鈦摩爾比為0.5%:1的乙酸鋅，轉(zhuǎn)移至80 °C水浴2小時(shí)后，轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中250 °C反應(yīng)12小時(shí)。加入0.4 ml的濃硝酸超聲震蕩后，再旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，用酒精清洗多次并離心。再將所得物混合在10.08 g松油醇、0.702 g乙基纖維素(型號(hào)為9-11)和0.54 g乙基纖維素(型號(hào)為45-55)中攪拌，超聲震蕩，最后再經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后得到鋅摻雜的多孔二氧化鈦漿料。
[0026]將鋅摻雜的多孔二氧化鈦漿料旋涂在經(jīng)過(guò)450°C處理的致密二氧化鈦膜上，再將物質(zhì)的量濃度為I mo 1/L的溶解有PbI2的N，N-二甲基甲酰胺旋涂在鋅摻雜的多孔二氧化鈦膜上，然后將其浸泡在0.3 g碘甲基氨溶于30 ml異丙醇的混合溶液中。浸泡3分鐘，控制溫度100°C。將空穴傳輸材料的有機(jī)溶液均勻地旋涂在界面改性的甲胺鉛碘多晶膜上。最后，使用蒸鍍方法，在上述多層膜上蒸鍍銀電極層。
[0027]在室溫環(huán)境，使用氣燈模擬太陽(yáng)光，光強(qiáng)為95.6mW/cm2 (太陽(yáng)光模擬器型號(hào):Newp0rt91192A)條件下，測(cè)得本實(shí)施例的鋅摻雜的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(有效光照面積為0.0 7 c m2)的光電轉(zhuǎn)換效率為8.0 %，比未經(jīng)改性的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率(9.03%)降低了 11%。降低的原因主要是過(guò)量的摻雜導(dǎo)致含有太多的雜質(zhì)和過(guò)多的離子陷進(jìn)態(tài)，使得電子容易復(fù)合，導(dǎo)致電流降低和電壓下降，使得鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率相比不摻雜的電池效率反而降低。
[0028]實(shí)施例6:鋅摻雜的多孔二氧化鈦膜中鋅與肽的摩爾比為0.2%:1
將10.5 ml的鈦酸異丙酯和1.97 ml的冰乙酸混合攪拌15分鐘后，加入50 ml去離子水，攪拌I小時(shí)，加入0.69 ml的濃硝酸，再加入鋅與鈦摩爾比為0.2%:1的乙酸鋅，轉(zhuǎn)移至80 °C水浴2小時(shí)后，轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中250 °C反應(yīng)12小時(shí)。加入0.4 ml的濃硝酸超聲震蕩后，再旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，用酒精清洗多次并離心。再將所得物混合在10.08 g松油醇、0.702 g乙基纖維素(型號(hào)為9-11)和0.54 g乙基纖維素(型號(hào)為45-55)中攪拌，超聲震蕩，最后再經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后得到鋅摻雜的多孔二氧化鈦漿料。
[0029]將鋅摻雜的多孔二氧化鈦漿料旋涂在經(jīng)過(guò)300°C處理的致密二氧化鈦膜上，再將物質(zhì)的量濃度為I mo 1/L的溶解有PbI2的N，N-二甲基甲酰胺旋涂在鋅摻雜的多孔二氧化鈦膜上，然后將其浸泡在0.3 g碘甲基氨溶于30 ml異丙醇的混合溶液中。浸泡3分鐘，控制溫度750C ο將空穴傳輸材料的有機(jī)溶液均勻地旋涂在界面改性的甲胺鉛碘多晶膜上。最后，使用蒸鍍方法，在上述多層膜上蒸鍍銀電極層。
[0030]在室溫環(huán)境，使用氣燈模擬太陽(yáng)光，光強(qiáng)為95.6mW/cm2 (太陽(yáng)光模擬器型號(hào):Newp0rt91192A)條件下，測(cè)得本實(shí)施例的鋅摻雜的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(有效光照面積為0.07cm2)的光電轉(zhuǎn)換效率為9.8%。
[0031]實(shí)施例7:鋅摻雜的多孔二氧化鈦膜中鋅與肽的摩爾比為0.2%:1
將10.5 ml的鈦酸異丙酯和1.97 ml的冰乙酸混合攪拌15分鐘后，加入50 ml去離子水，攪拌I小時(shí)，加入0.69 ml的濃硝酸，再加入鋅與鈦摩爾比為0.2%:1的乙酸鋅，轉(zhuǎn)移至80 °C水浴2小時(shí)后，轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中250 °C反應(yīng)12小時(shí)。加入0.4 ml的濃硝酸超聲震蕩后，再旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，用酒精清洗多次并離心。再將所得物混合在10.08 g松油醇、0.702 g乙基纖維素(型號(hào)為9-11)和0.54 g乙基纖維素(型號(hào)為45-55)中攪拌，超聲震蕩，最后再經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后得到鋅摻雜的多孔二氧化鈦漿料。
[0032]將鋅摻雜的多孔二氧化鈦漿料旋涂在經(jīng)過(guò)350°C處理的致密二氧化鈦膜上，再將物質(zhì)的量濃度為0.8 mol/L的溶解有PbI2的N，N-二甲基甲酰胺旋涂在鋅摻雜的多孔二氧化鈦膜上，然后將其浸泡在0.3 g碘甲基氨溶于30 ml異丙醇的混合溶液中。浸泡4分鐘，控制溫度80°C。將空穴傳輸材料的有機(jī)溶液均勻地旋涂在界面改性的甲胺鉛碘多晶膜上。最后，使用蒸鍍方法，在上述多層膜上蒸鍍銀電極層。
[0033]在室溫環(huán)境，使用氣燈模擬太陽(yáng)光，光強(qiáng)為95.6mW/cm2 (太陽(yáng)光模擬器型號(hào):Newp0rt91192A)條件下，測(cè)得本實(shí)施例的鋅摻雜的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(有效光照面積為
0.07cm2)的光電轉(zhuǎn)換效率為10.3%。
[0034]實(shí)施例8:鋅摻雜的多孔二氧化鈦膜中鋅與肽的摩爾比為0.2%:1
將10.5 ml的鈦酸異丙酯和1.97 ml的冰乙酸混合攪拌15分鐘后，加入50 ml去離子水，攪拌I小時(shí)，加入0.69 ml的濃硝酸，再加入鋅與鈦摩爾比為0.2%:1的乙酸鋅，轉(zhuǎn)移至80 °C水浴2小時(shí)后，轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中250 °C反應(yīng)12小時(shí)。加入0.4 ml的濃硝酸超聲震蕩后，再旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，用酒精清洗多次并離心。再將所得物混合在10.08 g松油醇、0.702 g乙基纖維素(型號(hào)為9-11)和0.54 g乙基纖維素(型號(hào)為45-55)中攪拌，超聲震蕩，最后再經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后得到鋅摻雜的多孔二氧化鈦漿料。
[0035]將鋅摻雜的多孔二氧化鈦漿料旋涂在經(jīng)過(guò)400°C處理的致密二氧化鈦膜上，再將物質(zhì)的量濃度為I mo 1/L的溶解有PbI2的N，N-二甲基甲酰胺旋涂在鋅摻雜的多孔二氧化鈦膜上，然后將其浸泡在0.3 g碘甲基氨溶于30 ml異丙醇的混合溶液中。浸泡4分鐘，控制溫度850C ο將空穴傳輸材料的有機(jī)溶液均勻地旋涂在界面改性的甲胺鉛碘多晶膜上。最后，使用蒸鍍方法，在上述多層膜上蒸鍍銀電極層。
[0036]在室溫環(huán)境，使用氣燈模擬太陽(yáng)光，光強(qiáng)為95.6mW/cm2 (太陽(yáng)光模擬器型號(hào):Newp0rt91192A)條件下，測(cè)得本實(shí)施例的鋅摻雜的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(有效光照面積為
0.07cm2)的光電轉(zhuǎn)換效率為10.9%。
[0037]實(shí)施例9:鋅摻雜的多孔二氧化鈦膜中鋅與肽的摩爾比為0.2%:1
將10.5 ml的鈦酸異丙酯和1.97 ml的冰乙酸混合攪拌15分鐘后，加入50 ml去離子水，攪拌I小時(shí)，加入0.69 ml的濃硝酸，再加入鋅與鈦摩爾比為0.2%:1的乙酸鋅，轉(zhuǎn)移至80 °C水浴2小時(shí)后，轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中250 °C反應(yīng)12小時(shí)。加入0.4 ml的濃硝酸超聲震蕩后，再旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，用酒精清洗多次并離心。再將所得物混合在10.08 g松油醇、0.702 g乙基纖維素(型號(hào)為9-11)和0.54 g乙基纖維素(型號(hào)為45-55)中攪拌，超聲震蕩，最后再經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后得到鋅摻雜的多孔二氧化鈦漿料。
[0038]將鋅摻雜的多孔二氧化鈦漿料旋涂在經(jīng)過(guò)450°C處理的致密二氧化鈦膜上，再將物質(zhì)的量濃度為I.2 mol/L的溶解有PbI2的N，N-二甲基甲酰胺旋涂在鋅摻雜的多孔二氧化鈦膜上，然后將其浸泡在0.3 g碘甲基氨溶于30 ml異丙醇的混合溶液中。浸泡4分鐘，控制溫度90°C。將空穴傳輸材料的有機(jī)溶液均勻地旋涂在界面改性的甲胺鉛碘多晶膜上。最后，使用蒸鍍方法，在上述多層膜上蒸鍍銀電極層。
[0039]在室溫環(huán)境，使用氣燈模擬太陽(yáng)光，光強(qiáng)為95.6mW/cm2 (太陽(yáng)光模擬器型號(hào):Newp0rt91192A)條件下，測(cè)得本實(shí)施例的鋅摻雜的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(有效光照面積為
0.07cm2)的光電轉(zhuǎn)換效率為10.7%。
[0040]實(shí)施例10:鋅摻雜的多孔二氧化鈦膜中鋅與肽的摩爾比為0.2%:1
將10.5 ml的鈦酸異丙酯和1.97 ml的冰乙酸混合攪拌15分鐘后，加入50 ml去離子水，攪拌I小時(shí)，加入0.69 ml的濃硝酸，再加入鋅與鈦摩爾比為0.2%:1的乙酸鋅，轉(zhuǎn)移至80 °C水浴2小時(shí)后，轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中250 °C反應(yīng)12小時(shí)。加入0.4 ml的濃硝酸超聲震蕩后，再旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，用酒精清洗多次并離心。再將所得物混合在10.08 g松油醇、0.702 g乙基纖維素(型號(hào)為9-11)和0.54 g乙基纖維素(型號(hào)為45-55)中攪拌，超聲震蕩，最后再經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后得到鋅摻雜的多孔二氧化鈦漿料。
[0041 ]將鋅摻雜的多孔二氧化鈦漿料旋涂在經(jīng)過(guò)500 °C處理的致密二氧化鈦膜上，再將物質(zhì)的量濃度為I.0 mol/L的溶解有PbI2的N，N-二甲基甲酰胺旋涂在鋅摻雜的多孔二氧化鈦膜上，然后將其浸泡在0.3 g碘甲基氨溶于30 ml異丙醇的混合溶液中。浸泡5分鐘，控制溫度100°C。將空穴傳輸材料的有機(jī)溶液均勻地旋涂在界面改性的甲胺鉛碘多晶膜上。最后，使用蒸鍍方法，在上述多層膜上蒸鍍銀電極層。
[0042]在室溫環(huán)境，使用氣燈模擬太陽(yáng)光，光強(qiáng)為95.6mW/cm2 (太陽(yáng)光模擬器型號(hào):Newp0rt91192A)條件下，測(cè)得本實(shí)施例的鋅摻雜的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(有效光照面積為
0.07cm2)的光電轉(zhuǎn)換效率為11.3%。
[0043]實(shí)施例11:鋅摻雜的多孔二氧化鈦膜中鋅與肽的摩爾比為0.2%:1
將10.5 ml的鈦酸異丙酯和1.97 ml的冰乙酸混合攪拌15分鐘后，加入50 ml去離子水，攪拌I小時(shí)，加入0.69 ml的濃硝酸，再加入鋅與鈦摩爾比為0.2%:1的乙酸鋅，轉(zhuǎn)移至80 °C水浴2小時(shí)后，轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中250 °C反應(yīng)12小時(shí)。加入0.4 ml的濃硝酸超聲震蕩后，再旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，用酒精清洗多次并離心。再將所得物混合在10.08 g松油醇、0.702 g乙基纖維素(型號(hào)為9-11)和0.54 g乙基纖維素(型號(hào)為45-55)中攪拌，超聲震蕩，最后再經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后得到鋅摻雜的多孔二氧化鈦漿料。
[0044]將鋅摻雜的多孔二氧化鈦漿料旋涂在經(jīng)過(guò)500°C處理的致密二氧化鈦膜上，再將物質(zhì)的量濃度為I.I mol/L的溶解有PbI2的N，N-二甲基甲酰胺旋涂在鋅摻雜的多孔二氧化鈦膜上，然后將其浸泡在0.3 g碘甲基氨溶于30 ml異丙醇的混合溶液中。浸泡3分鐘，控制溫度105°C。將空穴傳輸材料的有機(jī)溶液均勻地旋涂在界面改性的甲胺鉛碘多晶膜上。最后，使用蒸鍍方法，在上述多層膜上蒸鍍銀電極層。
[0045]在室溫環(huán)境，使用氣燈模擬太陽(yáng)光，光強(qiáng)為95.6mW/cm2 (太陽(yáng)光模擬器型號(hào):Newp0rt91192A)條件下，測(cè)得本實(shí)施例的鋅摻雜的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(有效光照面積為0.07cm2)的光電轉(zhuǎn)換效率為11.0%。
[0046]其中，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池制備過(guò)程中的條件選擇是所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的現(xiàn)有技術(shù)，因此本發(fā)明的實(shí)施例中僅選用了較常用的參數(shù)來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，不應(yīng)作為本發(fā)明的限制。除特別說(shuō)明，本發(fā)明所涉及的實(shí)驗(yàn)試劑均可通過(guò)商業(yè)途徑獲得。
[0047]綜上所述，本發(fā)明鋅摻雜的多孔二氧化鈦膜中當(dāng)摻雜后鋅原子與肽原子的摩爾比為0.2%:1時(shí)，所得到的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率較優(yōu)為11.8 %，比相同條件下未經(jīng)處理的太陽(yáng)能電池效率(9.03%)提高了 31%。提高的原因主要是鋅的摻雜使得二氧化鈦導(dǎo)帶下降更多，從而有利于電子從鈣鈦礦注入到二氧化鈦中，從而提高了短路電流和電池的效率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，依次包括導(dǎo)電玻璃層、致密二氧化鈦膜、多孔二氧化鈦膜、甲胺鉛碘多晶膜、空穴傳輸材料層及金屬電極層，其特征在于，所述多孔二氧化鈦膜是鋅摻雜的，摻雜后鋅原子與鈦原子的摩爾比為0.1%~0.4%:1。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述多孔二氧化鈦膜中鋅的來(lái)源為乙酸鋅。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述空穴傳輸材料層由spiro-MeOTAD或3-己基取代聚噻吩制得。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述致密二氧化鈦膜厚度為20?200納米，所述多孔二氧化鈦膜厚度為200納米?I微米，所述鈣鈦礦吸光層厚度為200納米?1.5微米，所述空穴傳輸材料層厚度為50?500納米，所述金屬電極層厚度為50?200納米。5.—種權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: ①使用溶膠凝膠法在導(dǎo)電玻璃層上生成致密二氧化鈦膜，300?500°C條件下處理后冷卻備用； ②按比例將鋅鹽加入二氧化鈦漿料中，并通過(guò)溶膠凝膠法合成鋅摻雜的多孔二氧化鈦漿料； ③在步驟①中得到的致密二氧化鈦膜上涂覆鋅摻雜的多孔二氧化鈦漿料，300?500°C燒結(jié)后備用； ④將0.8?1.2mol/L物質(zhì)的量濃度的PbI2溶于N，N-二甲基甲酰胺中，使用勻膠機(jī)將上述溶液沉積在鋅摻雜的多孔二氧化鈦膜上，再將膜浸泡在濃度為0.01-0.05g/ml碘甲基氨的異丙醇中，浸泡>5分鐘，控制溫度75°C>105°C，得到界面改性的甲胺鉛碘多晶膜； ⑤將空穴傳輸材料的有機(jī)溶液均勻地旋涂在界面改性的甲胺鉛碘多晶膜上； ⑥使用蒸鍍方法，在上述多層膜上蒸鍍金屬電極層。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，所述空穴傳輸材料為spiro-MeOTAD，步驟⑤具體為:將物質(zhì)的量濃度為0.5-1.5mol/L的spiro-MeOTAD溶解于氯苯中，加入80%spiro-Me0TAD摩爾數(shù)的3-四丁基吡啶和30%spiro-Me0TAD摩爾數(shù)的雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰，然后將上述spiro-MeOTAD的有機(jī)溶液均勻地旋涂在界面改性的甲胺鉛碘多晶膜上。
【文檔編號(hào)】H01L51/48GK105932162SQ201610273155
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年4月28日
【發(fā)明人】諸躍進(jìn), 劉金旺, 張京, 王利明, 王鵬, 黃孝坤, 盧興偉, 岳國(guó)強(qiáng)
【申請(qǐng)人】寧波大學(xué)