首页 / 专利库 / 表面处理和涂层 / 旋涂机 / 基于连续旋涂制备的全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用

基于连续旋涂制备的全无机太阳能电池及其制备方法和应用

阅读:878发布:2020-05-12

专利汇可以提供基于连续旋涂制备的全无机太阳能电池及其制备方法和应用专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供了基于连续 旋涂 制备的全无机 钙 钛 矿 太阳能 电池 及其制备方法和应用,具体是将 电子 传输材料沉积在FTO或ITO导电玻璃上,形成均匀的介孔 薄膜 ,随后连续旋涂 钙钛矿 材料的前驱体溶液,形成结晶性优异的钙钛矿层,最后沉积背 电极 材料,组装成的全无机钙钛矿 太阳能电池 。本发明中通过优化电子传输材料与钙钛矿层的界面能级结构,提高了电池的光电转换效率以及 稳定性 ,同时具有制备方法简单、无空穴传输层、成本低廉、改进空间大的特点。,下面是基于连续旋涂制备的全无机太阳能电池及其制备方法和应用专利的具体信息内容。

1.基于连续旋涂制备的全无机太阳能电池的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)、将石墨粉、硝酸钠和高锰酸浴条件下按照质量比1~2:1:5~8溶解在浓硫酸中,搅拌,制得溶液;
(2)、移除冰浴,将所述溶液加热至30~50℃,搅拌后,加入及双水直至气泡消失;
(3)、将所述溶液离心并清洗,混合物再次分散到水中并超声,离心后去除黑色残渣获得均匀悬浮液;
(4)、将悬浮液冷冻干燥,获得蓬松的固态氧化石墨烯
(5)、配制5~27mg/mL的氧化石墨烯的二甲基甲酰胺溶液,超声分散,在150~200度下加热8~12小时,抽滤获得氧化石墨烯量子点溶液;
(6)、配制浓度为0.1~1mol/L的钛酸异丙酯乙醇溶液,配制溶度为0.05~0.1g/mL的TiO2浆料,配制浓度为0.01~0.05mol/L的四氯化钛溶液;
配制浓度为1~2mol/L溴化铅溶液和浓度为0.05~0.1mol/L的溴化铯溶液;
(7)、将所述钛酸异丙酯乙醇溶液在FTO或ITO导电玻璃基体上旋涂成薄膜:之后煅烧
(8)、将所述TiO2浆料旋涂在步骤(7)中制得的薄膜表面,之后煅烧;
(9)、将步骤(8)制得的薄膜浸泡在步骤(6)中配制的四氯化钛溶液中,在60~80度下加热,之后煅烧制备介孔二氧化钛薄膜;
(10)、将步骤(5)制备的氧化石墨烯量子点溶液旋涂在二氧化钛薄膜表面,获得表面修饰的二氧化钛薄膜;
(11)、将步骤(6)制备的溴化铅溶液旋涂在步骤(10)制备的二氧化钛薄膜表面,然后加热;
(12)、将步骤(6)制备的溴化铯溶液旋涂在步骤(11)中制备的二氧化钛薄膜表面,然后加热;
(13)、重复步骤(12)中的旋涂过程多次,制备得到钙钛矿层;
(14)、在所述钙钛矿层表面刮涂浆料,组装成电池。
2.根据权利要求1所述的基于连续旋涂制备的全无机钙钛矿太阳能电池的制备方法,其特征在于:所述步骤(3)中将所述溶液离心并清洗至上清液pH3~4。
3.根据权利要求1所述的基于连续旋涂制备的全无机钙钛矿太阳能电池的制备方法,其特征在于:所述步骤(4)中将悬浮液冷冻干燥24~48小时。
4.根据权利要求1所述的基于连续旋涂制备的全无机钙钛矿太阳能电池的制备方法,其特征在于:所述步骤(6)中二氧化钛浆料通过溶胶-水热法制备而成。
5.根据权利要求1所述的基于连续旋涂制备的全无机钙钛矿太阳能电池的制备方法,其特征在于:所述步骤(7)中在450~550度下煅烧30~60分钟。
6.根据权利要求1所述的基于连续旋涂制备的全无机钙钛矿太阳能电池的制备方法,其特征在于:所述步骤(8)中在400~500度下煅烧30~60分钟。
7.根据权利要求1所述的基于连续旋涂制备的全无机钙钛矿太阳能电池的制备方法,其特征在于:所述步骤(10)中旋涂为在转速为2000转/分下进行,时间为30秒。
8.权利要求1~7任一项所述的制备方法制得的全无机钙钛矿太阳能电池。
9.根据权利要求8所述的全无机钙钛矿太阳能电池,其特征在于:所述全无机钙钛矿太阳能电池的开路电压为1.2~1.4V、短路电流为6~9mA·cm-2、填充因子为0.6~0.8、光电转换效率为8~9.5%。
10.权利要求8所述的全无机钙钛矿太阳能电池在作为电池组件及用于电站中的应用。

说明书全文

基于连续旋涂制备的全无机太阳能电池及其制备方法

和应用

技术领域

[0001] 本发明属于新材料技术以及新能源技术领域,具体涉及基于连续旋涂制备的全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用

背景技术

[0002] 钙钛矿太阳能电池是近年来基于固态染料敏化太阳能电池发展而来的一类具有介观结构的新型薄膜太阳能电池。
[0003] 电池的工作原理为:钙钛矿层吸收光子,处于其价带上的电子跃迁至导带,电子与空穴分别流向电子传输层的导带以及空穴传输层的价带,从而实现电子-空穴对的分离。虽然目前电池的光电转换效率已经达到商业化的基本要求,但仍然存在以下两方面的问题:第一,由于空穴传输材料(如Spiro-OMeTAD)以及传统钙钛矿材料(如MAPbI3)的使用造成电池的稳定性较差;第二,载流子传输层/钙钛矿层界面间存在的能级势垒造成电池内部载流子复合严重。以上两个问题不利于该类电池的商业化应用,因此,开发一种稳定的制备方法简单的无空穴传输材料的钙钛矿太阳能电池具有重要的理论意义和实用价值。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供了基于连续旋涂制备的全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用,本发明可以获得成本低、稳定性好、光电转换效率高的全无机钙钛矿太阳能电池,使其可以促进钙钛矿太阳能电池的实用化,加速钙钛矿太阳能电池的产业化进程,具有重要的实用价值和经济价值。
[0005] 为实现上述发明目的,本发明采用以下技术方案予以实现:
[0006] 本发明提供了基于连续旋涂制备的全无机钙钛矿太阳能电池的制备方法,包括以下步骤:
[0007] (1)、将石墨粉、硝酸钠和高锰酸浴条件下按照质量比1 2:1:5 8溶解在浓~ ~硫酸中,搅拌;
[0008] (2)、移除冰浴,将所述溶液加热至30 50℃,搅拌后,加入及双水直至气泡消~失;
[0009] (3)、将所述溶液离心并清洗,混合物再次分散到水中并超声,离心后去除黑色残渣获得均匀悬浮液;
[0010] (4)、将悬浮液冷冻干燥,获得蓬松的固态氧化石墨烯
[0011] (5)、配制5 27 mg/mL的氧化石墨烯的二甲基甲酰胺溶液,超声分散,在150 200度~ ~下加热8 12小时,抽滤获得氧化石墨烯量子点溶液;
~
[0012] (6)、配制浓度为0.1 1 mol/L的钛酸异丙酯乙醇溶液,配制溶度为0.05 0.1 g/mL~ ~的TiO2浆料,配制浓度为0.01 0.05 mol/L的四氯化钛溶液;
~
[0013] 配制浓度为1 2 mol/L溴化铅溶液和浓度为0.05 0.1 mol/L的溴化铯溶液;~ ~
[0014] (7)、将所述钛酸异丙酯乙醇溶液在FTO或ITO导电玻璃基体上旋涂成薄膜:之后煅烧
[0015] (8)、将所述TiO2浆料旋涂在步骤(7)中制得的薄膜表面,之后煅烧;
[0016] (9)、将步骤(8)制得的薄膜浸泡在步骤(6)中配制的四氯化钛溶液中,在60 80度~下加热,之后煅烧制备介孔二氧化钛薄膜;
[0017] (10)、将步骤(5)制备的氧化石墨烯量子点溶液旋涂在二氧化钛薄膜表面,获得表面修饰的二氧化钛薄膜;
[0018] (11)、将步骤(6)制备的溴化铅溶液旋涂在步骤(10)制备的二氧化钛薄膜表面,然后加热;
[0019] (12)、将步骤(6)制备的溴化铯溶液旋涂在步骤(11)中制备的二氧化钛薄膜表面,然后加热;
[0020] (13)、重复步骤(12)中的旋涂过程多次,制备得到钙钛矿层;
[0021] (14)、在所述钙钛矿层表面刮涂浆料,组装成电池。
[0022] 进一步的:所述步骤(3)中将所述溶液离心并清洗至上清液pH 3~4。
[0023] 进一步的:所述步骤(4)中将悬浮液冷冻干燥24 48小时。~
[0024] 进一步的:所述步骤(6)中二氧化钛浆料通过溶胶-水热法制备而成。
[0025] 进一步的:所述步骤(7)中在450 550度下煅烧30 60分钟。~ ~
[0026] 进一步的:所述步骤(8)中在400 500度下煅烧30 60分钟。~ ~
[0027] 进一步的:所述步骤(10)中旋涂为在转速为2000转/分下进行,时间为30秒。
[0028] 本发明还提供了所述的制备方法制得的全无机钙钛矿太阳能电池。
[0029] 进一步的:所述全无机钙钛矿太阳能电池的开路电压为1.2~1.4 V、短路电流为6~9 mA·cm-2、填充因子为0.6~0.8、光电转换效率为8~9.5%。
[0030] 本发明还提供了所述的全无机钙钛矿太阳能电池在作为电池组件及用于电站中的应用。
[0031] 与现有技术相比,本发明的优点和技术效果是:
[0032] 1、本发明充分利用氧化石墨烯量子点的帯隙可调性、优良的电子传输能,通过优化二氧化钛与钙钛矿层间的界面能级结构,多次旋涂制备钙钛矿层,加速了电子传输过程,降低了空间电荷积累,减少了载流子的复合反应,明显提高了电池性能,将目前全无机钙钛矿太阳能电池的效率提升至8.5%左右。
[0033] 2、本发明的制备方法中包括刮涂碳浆料的步骤,所以本发明制备的钙钛矿太阳能电池无空穴传输层,碳电极具有传输空穴的能力。本发明的钙钛矿太阳能电池无空穴传输材料,制备成本较低,同时连续旋涂法制备钙钛矿方法简便易行、成本低廉、改进空间大。更为重要的是电池的稳定性能优良,所组装的全无机钙钛矿太阳能电池在湿度为60 90%的环~境下连续测试30天,电池效率无明显衰减。
[0034] 3、本发明采用的连续旋涂法与目前传统的两步法相比,有利于减少钙钛矿薄膜中CsPb2Br5以及Cs4PbBr6等非钙钛矿相的生成,对提高电池的光电转换效率以及稳定性至关重要。附图说明
[0035] 图1为本发明所制备的钙钛矿太阳能电池经过氧化石墨烯界面修饰前后的电池效率曲线。
[0036] 图2为本发明所制备的全无机钙钛矿电池的稳定性能。

具体实施方式

[0037] 下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
[0038] 实施例1
[0039] 本发明所述基于连续旋涂制备的全无机钙钛矿太阳能电池的制备方法包括以下步骤:
[0040] 1、将天然石墨粉、硝酸钠和高锰酸钾在冰浴条件下按照质量比1 2:1:5 8溶解在~ ~浓硫酸中,搅拌5 10分钟;
~
[0041] 2、移除冰浴,将所述溶液加热至35℃,搅拌30分钟后,加入60 100 mL去离子水及~质量比为3%的双氧水直至气泡消失;
[0042] 3、将所述溶液离心并清洗至上清液pH 3~4,混合物再次分散到水中并超声20分钟,离心3分钟后去除黑色残渣获得均匀悬浮液;
[0043] 4、将悬浮液冷冻干燥48小时,获得蓬松的固态氧化石墨烯;
[0044] 5、将氧化石墨烯配制成9 mg/mL二甲基甲酰胺溶液(氧化石墨烯是溶质,二甲基甲酰胺为溶剂),超声分散30分钟,利用溶剂热法在200度下加热8小时,抽滤获得氧化石墨烯量子点溶液;
[0045] 6、配制浓度为0.5 mol/L的钛酸异丙酯乙醇溶液(钛酸异丙酯为溶质,溶解在乙醇中),通过溶胶-水热法制备0.1 g/mL的TiO2浆料(TiO2溶解在水中),TiO2颗粒尺寸约为20 nm,配制浓度为0.04 mol/L的四氯化钛溶液(四氯化钛溶解在水中);
[0046] 配制浓度为1 mol/L溴化铅溶液(溴化铅为溶质,溶解在DMF中的溶液)和浓度为0.07 mol/L的溴化铯溶液(溴化铯为溶质,溶解在甲醇中的溶液);
[0047] 7、将100微升所述钛酸异丙酯乙醇溶液在FTO或ITO导电玻璃基体上旋涂成薄膜:转速约为7000转/分,时间30秒,之后在550度下煅烧30分钟;
[0048] 8、将步骤6配制的所述TiO2浆料旋涂在步骤7中的薄膜表面,转速约为2000转/分,时间为30秒,之后在450度下煅烧30分钟;
[0049] 9、将步骤8制得的薄膜浸泡在所述四氯化钛溶液中,在75度下加热30分钟,之后在450度下煅烧制备介孔二氧化钛薄膜;
[0050] 10、将步骤5制备的氧化石墨烯量子点溶液旋涂在步骤9制得的所述二氧化钛薄膜表面,转速为2000转/分,时间为30秒,获得表面修饰的二氧化钛薄膜;
[0051] 11、将步骤6制备的所述溴化铅溶液旋涂在步骤10制备的二氧化钛薄膜表面,转速为2000转/分,时间为30秒,之后再100度下加热30分钟;
[0052] 12、将步骤6制备的所述溴化铯溶液旋涂在步骤11中制备的二氧化钛薄膜表面,250度下加热5分钟;
[0053] 13、重复步骤12中的旋涂过程多次,制备得到钙钛矿层;
[0054] 14、在步骤13制备的钙钛矿层表面利用刮涂法刮涂碳浆料,组装成电池。
[0055] 如图1和2所示,通过上述方法,获得了开路电压为1.2~1.4 V、短路电流为6~9 mA·cm-2、填充因子为0.6~0.8、光电转换效率为7.5~9%、在湿度为60 90%的条件下连续放~置30天电池性能无明显衰减的全无机钙钛矿太阳能电池。本发明所述全无机钙钛矿太阳能电池可以作为电池组件和电站应用。
[0056] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其进行限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的普通技术人员来说,依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
高效检索全球专利

专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。

申请试用

分析报告

专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。

申请试用

QQ群二维码
意见反馈