CN102760579A - 染料敏化太阳能电池用氧化钛薄膜电极材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种应用于染料敏化太阳能电池(DSSC)的TiO2薄膜电极材料的制备方法，通过蒸发诱导自组装法，使制备的单分散聚苯乙烯(PS)球在载玻片上排列成胶体晶体模板，将该模板置于Ti的前驱体溶胶中，由浸渍-提拉法制得复合薄膜，然后通过手术刀法刮涂纳米二氧化钛(P25)层，热处理除去有机物即获得TiO2薄膜电极材料。采用该方法制备的电极材料具有独特的双层结构，由宏孔/介孔TiO2薄膜层和P25薄膜层构成，对太阳光具有较强的捕获能力，提高了染料分子对光的吸收概率，从而显著提升了DSSC的光电转化效率。本发明方法操作方简便、可控性高、具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于功能材料技术领域，具体地说是涉及一种应用于染料敏化太阳能电池(DSSC)中的具有双层结构的TiO2薄膜电极材料的制备方法。
背景技术
染料敏化太阳电池是模仿光合作用原理，研制出来的一种新型太阳电池，其主要优势是：原材料丰富、成本低、工艺技术相对简单，在大面积工业化生产中具有较大的优势，同时所有原材料和生产工艺都是无毒、无污染的，部分材料可以得到充分的回收，对保护人类环境具有重要意义。
染料敏化太阳电池主要由半导体薄膜电极、染料敏化剂、氧化还原电解质、对电极和导电基底等几部分组成。半导体薄膜通常为金属氧化物(TiO2、SnO2、ZnO等)，聚集在有透明导电膜的玻璃板上作为DSSC的负极。对电极作为还原催化剂，通常在带有透明导电膜的玻璃上镀上铂而成。敏化染料吸附在纳米多孔二氧化钛膜面上。正负极间填充的是含有氧化还原电对的电解质，最常用的是I3/I-。
1991年瑞士洛桑高工M.
教授领导的研究小组采用纳米多孔TiO2作为染料吸附的载体(文献：Brian O′Regan and Michael
A low-cost，high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2films，Nature，1991，353：737-740)，他们的研究证明了染料敏化太阳能电池已经具备了与传统的固结太阳能电池竞争的实力。这个巨大的突破，引发了染料敏化太阳能电池的研究热潮。半导体薄膜电极作为DSSC的重要组成部分，开发新型的TiO2薄膜电极材料，优化半导体薄膜电极的性能是提高DSSC光电转换效率的重要途径。本发明开发了一种TiO2薄膜电极材料的制备方法，所制备的由宏孔/介孔TiO2薄膜层和纳米二氧化钛(P25)薄膜层构成的电极材料，可以增强电极对太阳光的捕获能力，从而显著地提升DSSC的光电转化效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于染料敏化太阳能电池的TiO2薄膜电极材料的制备方法。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：首先制备单分散的聚苯乙烯(PS)球；然后通过蒸发诱导自组装使PS球在载玻片上排列成最密堆积的蛋白石结构，制成PS球的胶体晶体模板；将该模板置于Ti的前驱体溶胶中，由浸渍-提拉法制得复合薄膜，而后通过手术刀法刮涂P25层，通过热处理除去有机物即获得由宏孔/介孔TiO2薄膜层和P25薄膜层构成的电极材料。
本发明所述的TiO2薄膜电极材料的制备方法，包括如下步骤：
(A)单分散聚苯乙烯球的制备
将苯乙烯与去离子水按1∶3～1∶20的体积比混合并通入N2气保护，加入碳酸氢钠溶液和甲基丙烯酸，碳酸氢钠溶液的浓度为0.015～0.035g/mL，苯乙烯、碳酸氢钠溶液、甲基丙烯酸的体积比为1∶1∶(0.06～0.1)，混合均匀后升温至70～80℃；然后加入引发剂过硫酸钾(KPS)溶液，过硫酸钾的加入量为苯乙烯质量的0.1～11％，反应0.5～5h后升温至80～95℃，再反应0.5～2h；反应结束后洗涤、离心、干燥，制得单分散的聚苯乙烯球，粒径在120～1000nm范围内可调，标准偏差小于1％；
(B)聚苯乙烯球胶体晶体模板的制备
将掺氟氧化锡(FTO)导电玻璃分别用丙酮和乙醇超声清洗，将清洗后的FTO导电玻璃垂直浸入聚苯乙烯球的悬浮水溶液中，在空气气氛下使悬浮液蒸干，FTO导电玻璃上即可得到均匀的聚苯乙烯球胶体晶体模板，再在空气气氛下对该模板进行热处理；
(C)双层TiO2薄膜的制备
将表面活性剂聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(P123)、无水乙醇、TiCl4、钛酸四丁醇酯(TTIP)搅拌混合均匀得到前驱体溶胶，将热处理后的聚苯乙烯球胶体晶体模板垂直浸泡于溶胶中，通过浸渍、提拉制得复合薄膜；复合薄膜干燥后，将P25、聚乙烯醇、去离子水、无水乙醇均匀混合形成P25浆料，然后使用手术刀法在复合薄膜上刮涂P25层，热处理后得到双层TiO2薄膜电极。
在本发明所述的TiO2薄膜电极材料的制备方法中，PS球悬浮液的蒸干温度为40～55℃，胶体晶体模板的热处理温度为70～80℃。
在本发明所述的TiO2薄膜电极材料的制备方法中，Ti溶胶的配比为P123∶无水乙醇∶TiCl4∶TTIP(质量比)＝1∶(20～40)∶(0.6～0.8)∶(2.5～3.0)；PS球胶体晶体模板在Ti溶胶中的浸泡时间为30～60s，提拉速度为1～3mm/s；P25、聚乙烯醇、去离子水、无水乙醇和的质量比为1∶(2～10)∶(6～20)∶(8～16)；薄膜的热处理温度为350～450℃，热处理时间60～180min，升温速度0.5～5℃/min。
本发明所述的制备方法，通过改变引发剂KPS的用量可以实现对PS球粒径的调控。将KPS超声溶解于水中后再加入反应体系，可以避免引发剂粉末直接加入导致局部浓度过高的现象，同时结合搅拌速度的控制，可以实现对PS球粒径均一性的有效调控。
本发明所述的制备方法，采用蒸发诱导自组装法制备PS球的胶体晶体模板，将PS球分散于水中，随着溶剂的不断蒸发，PS球在毛细作用和对流迁移作用的共同影响下在基板上逐渐沉积，最终形成一定层数的、具有密堆积结构的三维胶体晶体。该方法能够制备大面积、近乎完美的胶体晶体模板，不仅操作便捷、重复性好，而且适用于各种粒径的颗粒组装，为最终高度宏孔结构的形成打下了良好的基础。
本发明所述的制备方法，采用TTIP和TiCl4的双钛源来配制Ti溶胶，可以更快更好的形成Ti-O-Ti结构，从而提高介孔结构的有序性，也缩短了老化时间。同时，TiCl4在前驱体溶胶中会释放出HCl，具有调节溶液pH值的作用，其效果比直接加入HCl调节更加均匀，也促进了更有序结构的形成。
本发明所述方法制备得到的TiO2薄膜电极材料由宏孔/介孔TiO2薄膜层和P25薄膜层构成，通过调变前驱体溶胶配比、浸泡时间、提拉速度、热处理条件，可以实现对宏孔/介孔TiO2薄膜孔尺寸及有序性的控制。所述宏孔/介孔TiO2薄膜，其宏孔尺寸由PS球模板决定，孔径在90～1500nm范围内可调，介孔尺寸由表面活性剂P123决定，孔径在2.5～5.0nm范围内可调，薄膜多级结构中的宏孔和介孔均具有高度的有序性。
本发明所述方法制备得到的具有双层结构的TiO2薄膜电极材料，在相同的DSSC光电转化测试条件下，双层薄膜电极可比单一P25薄膜电极的光电转化效率高达83％。
本发明所述方法制备得到的TiO2双层薄膜电极，太阳光透过FTO导电玻璃后，首先照射宏孔/介孔TiO2薄膜层，由于宏孔/介孔TiO2薄膜的规则宏孔结构，可以产生较强的对太阳光的散射和漫反射，对太阳光有较强的捕获能力，增加了光束在薄膜中的反射次数，从而增加了染料分子对光的吸收概率。与此同时，宏孔/介孔TiO2薄膜层中的介孔结构构成了较大的比表面积，不仅增加了染料的吸附量，还进一步增强了薄膜对光的捕获能力。由于宏孔/介孔TiO2层对太阳光产生了较强的捕获作用，使得更多的光线进入到了P25层当中，从而显著提升了DSSC的光电转化效率。
附图说明
图1是实施例1制备的具有双层结构的TiO2薄膜电极截面的扫描电镜照片。
图2是实施例1制备的具有双层结构的TiO2薄膜电极的透射电镜照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行更详细的描述和说明，但本领域技术人员懂得，这些实施例仅用于举例说明本发明，其不对本发明的范围构成任何限制。
实施例1
将80ml H2O，10ml苯乙烯，0.146g碳酸氢钠(超声溶解于10ml H2O中)，0.6ml甲基丙烯酸，混合均匀后水浴加热至80℃，而后在剧烈搅拌下快速加入引发剂KPS 0.072g(超声溶解于10ml H2O中)，反应4h后，升温至90℃再反应1h，整个过程于N2保护下进行。产物用去离子水离心清洗3次，所得产物为平均直径300nm的PS球。
将FTO导电玻璃分别用丙酮和乙醇超声清洗30min。将FTO导电玻璃垂直浸入到质量百分比为0.2％的PS球水溶液中，使此悬浮液于55℃蒸干，载玻片上即可得到均匀的PS球胶体晶体模板。将制备好的PS球胶体晶体模板至于80℃空气气氛下热处理90min。
将1g P123溶于20g无水乙醇中，而后加入0.6g TiCl4和2.5g TTIP，搅拌2h后得到前驱体溶胶。把经过热处理的PS球胶体晶体模板垂直浸渍于溶胶60s后，以3mm/s的速度将模板从溶胶中提出，于40℃干燥24h。将1g P25、2g聚乙烯醇、6g去离子水、8g无水乙醇混合均匀，然后使用手术刀法刮涂P25层。再以5℃/min的速度升温至350℃，保持120min，然后冷却至室温。
以该条件下制备的具有双层结构的TiO2薄膜电极作为半导体电极，采用二硫氰酸基双(N，N′-2，2′-联吡啶-4，4′-二甲酸)钌作为染料(N3染料)，铂电极作为对电极，在模拟太阳光照条件下，测得该DSSC的光电转化效率为5.55％。而相同测试条件下，以P25单层薄膜作为半导体电极的DSSC的光电转化效率为3.04％。
实施例2
将80ml H2O，10ml苯乙烯，0.146g碳酸氢钠(超声溶解于10ml H2O中)，0.6ml甲基丙烯酸，混合均匀后水浴加热至80℃，而后在剧烈搅拌下快速加入引发剂KPS 0.144g(超声溶解于10ml H2O中)，反应4h后，升温至90℃再反应1h，整个过程于N2保护下进行。产物用去离子水离心清洗3次，所得产物为平均直径240nm的PS球。
将FTO导电玻璃分别用丙酮和乙醇超声清洗30min。将清洗后的载玻片垂直浸入到质量百分比为0.2％的PS球水溶液中，使此悬浮液于55℃蒸干，载玻片上即可得到均匀的PS球胶体晶体模板。将制备好的PS球胶体晶体模板至于80℃空气气氛下热处理90min。
将1g P123溶于20g无水乙醇中，而后加入0.6g TiCl4和2.5g TTIP，搅拌2h后得到前驱体溶胶。把经过热处理的PS球胶体晶体模板垂直浸渍于溶胶60s后，以3mm/s的速度将模板从溶胶中提出，于40℃干燥24h。将0.7g P25、7g聚乙烯醇、4.2g去离子水、5.6g无水乙醇混合均匀，然后使用手术刀法刮涂P25层。再以5℃/min的速度升温至350℃，保持120min，然后冷却至室温。
实施例3
将80ml H2O，10ml苯乙烯，0.146g碳酸氢钠(超声溶解于10ml H2O中)，0.6ml甲基丙烯酸，混合均匀后水浴加热至80℃，而后在剧烈搅拌下快速加入引发剂KPS 0.072g(超声溶解于10ml H2O中)，反应4h后，升温至90℃再反应1h，整个过程于N2保护下进行。产物用去离子水离心清洗3次，所得产物为平均直径300nm的PS球。
将FTO导电玻璃分别用丙酮和乙醇超声清洗30min。将清洗后的载玻片垂直浸入到质量百分比为0.2％的PS球水溶液中，使此悬浮液于55℃蒸干，载玻片上即可得到均匀的PS球胶体晶体模板。将制备好的PS球胶体晶体模板至于80℃空气气氛下热处理90min。
将1g P123溶于40g无水乙醇中，而后加入0.8g TiCl4和3.0g TTIP，搅拌2h后得到前驱体溶胶。把经过热处理的PS球胶体晶体模板垂直浸渍于溶胶60s后，以3mm/s的速度将模板从溶胶中提出，于40℃干燥24h。将0.5g P25、1g聚乙烯醇、10g去离子水、4g无水乙醇混合均匀，然后使用手术刀法刮涂P25层。再以5℃/min的速度升温至350℃，保持120min，然后冷却至室温。
实施例4
将80ml H2O，10ml苯乙烯，0.146g碳酸氢钠(超声溶解于10ml H2O中)，0.6ml甲基丙烯酸，混合均匀后水浴加热至80℃，而后在剧烈搅拌下快速加入引发剂KPS 0.072g(超声溶解于10ml H2O中)，反应4h后，升温至90℃再反应1h，整个过程于N2保护下进行。产物用去离子水离心清洗3次，所得产物为平均直径300nm的PS球。
将FTO导电玻璃分别用丙酮和乙醇超声清洗30min。将清洗后的载玻片垂直浸入到质量百分比为0.1％的PS球水溶液中，使此悬浮液于55℃蒸干，载玻片上即可得到均匀的PS球胶体晶体模板。将制备好的PS球胶体晶体模板至于80℃空气气氛下热处理90min。
将1g P123溶于20g无水乙醇中，而后加入0.6g TiCl4和2.5g TTIP，搅拌2h后得到前驱体溶胶。把经过热处理的PS球胶体晶体模板垂直浸渍于溶胶60s后，以3mm/s的速度将模板从溶胶中提出，于40℃干燥24h。将0.7g P25、1.4g聚乙烯醇、4.2g去离子水、11.2g无水乙醇混合均匀，然后使用手术刀法刮涂P25层。再以5℃/min的速度升温至450℃，保持120min，然后冷却至室温。
以该条件下制备的具有双层结构的TiO2薄膜电极作为半导体电极，采用二硫氰酸基双(N，N′-2，2′-联吡啶-4，4′-二甲酸)钌作为染料(N3染料)，铂电极作为对电极，在模拟太阳光照条件下，测得该DSSC的光电转化效率为4.39％。
实施例5
将200ml H2O，10ml苯乙烯，0.346g碳酸氢钠(超声溶解于10ml H2O中)，1.0ml甲基丙烯酸，混合均匀后水浴加热至75℃，而后在剧烈搅拌下快速加入引发剂KPS 0.975g(超声溶解于10ml H2O中)，反应5h后，升温至95℃再反应2h，整个过程于N2保护下进行。产物用去离子水离心清洗3次，所得产物为平均直径120nm的PS球。
将FTO导电玻璃分别用丙酮和乙醇超声清洗30min。将清洗后的载玻片垂直浸入到质量百分比为0.2％的PS球水溶液中，使此悬浮液于55℃蒸干，载玻片上即可得到均匀的PS球胶体晶体模板。将制备好的PS球胶体晶体模板至于80℃空气气氛下热处理90min。
将1g P123溶于40g无水乙醇中，而后加入0.8g TiCl4和3.0g TTIP，搅拌2h后得到前驱体溶胶。把经过热处理的PS球胶体晶体模板垂直浸渍于溶胶60s后，以3mm/s的速度将模板从溶胶中提出，于40℃干燥24h。将1g P25、2g聚乙烯醇、6g去离子水、8g无水乙醇混合均匀，然后使用手术刀法刮涂P25层。再以5℃/min的速度升温至450℃，保持180min，然后冷却至室温。
实施例6
将30ml H2O，10ml苯乙烯，0.146g碳酸氢钠(超声溶解于10ml H2O中)，1.0ml甲基丙烯酸，混合均匀后水浴加热至70℃，而后在剧烈搅拌下快速加入引发剂KPS 0.008g(超声溶解于10ml H2O中)，反应0.5h后，升温至80℃再反应0.5h，整个过程于N2保护下进行。产物用去离子水离心清洗3次，所得产物为平均直径1000nm的PS球。
将FTO导电玻璃分别用丙酮和乙醇超声清洗30min。将清洗后的载玻片垂直浸入到质量百分比为0.2％的PS球水溶液中，使此悬浮液于40℃蒸干，载玻片上即可得到均匀的PS球胶体晶体模板。将制备好的PS球胶体晶体模板至于70℃空气气氛下热处理90min。
将1g P123溶于40g无水乙醇中，而后加入0.8g TiCl4和3.0g TTIP，搅拌2h后得到前驱体溶胶。把经过热处理的PS球胶体晶体模板垂直浸渍于溶胶30s后，以1mm/s的速度将模板从溶胶中提出，于40℃干燥24h。将0.4g P25、4g聚乙烯醇、8g去离子水、3.2g无水乙醇混合均匀，然后使用手术刀法刮涂P25层。再以0.5℃/min的速度升温至350℃，保持60min，然后冷却至室温。
Claims (9)
1.一种染料敏化太阳能电池(DSSC)用氧化钛(TiO2)薄膜电极材料的制备方法，包括如下步骤：
(A)单分散聚苯乙烯球的制备
将苯乙烯与去离子水按1∶3～1∶20的体积比混合并通入N2气保护，加入碳酸氢钠溶液和甲基丙烯酸，碳酸氢钠溶液的浓度为0.015～0.035g/mL，苯乙烯、碳酸氢钠溶液、甲基丙烯酸的体积比为1∶1∶(0.06～0.1)，混合均匀后升温至70～80℃；然后加入引发剂过硫酸钾溶液，过硫酸钾的加入量为苯乙烯质量的0.1～11％，反应0.5～5h后升温至80～95℃，再反应0.5～2h；反应结束后洗涤、离心、干燥，制得单分散的聚苯乙烯球，粒径在120～1000nm范围内可调，标准偏差小于1％；
(B)聚苯乙烯球胶体晶体模板的制备
将掺氟氧化锡(FTO)导电玻璃分别用丙酮和乙醇超声清洗，将清洗后的FTO导电玻璃垂直浸入聚苯乙烯球的悬浮水溶液中，在空气气氛下使悬浮液蒸干，FTO导电玻璃上即可得到均匀的聚苯乙烯球胶体晶体模板，再在空气气氛下对该模板进行热处理；
(C)双层TiO2薄膜的制备
将表面活性剂聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯、无水乙醇、TiCl4、钛酸四丁醇酯搅拌混合均匀得到前驱体溶胶，将热处理后的聚苯乙烯球胶体晶体模板垂直浸泡于溶胶中，通过浸渍、提拉制得复合薄膜；复合薄膜干燥后，将纳米二氧化钛(P25)、聚乙烯醇、去离子水、无水乙醇均匀混合形成P25浆料，然后使用手术刀法在复合薄膜上刮涂P25层，热处理后得到双层TiO2薄膜电极。
2.如权利要求1所述的TiO2薄膜电极材料的制备方法，其特征在于，步骤B中聚苯乙烯球悬浮液的蒸干温度为40～55℃，胶体晶体模板的热处理温度为70～80℃。
3.如权利要求1所述的TiO2薄膜电极材料的制备方法，其特征在于，步骤C中聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯、无水乙醇、TiCl4、钛酸四丁醇酯的质量比为1∶(20～40)∶(0.6～0.8)∶(2.5～3.0)。
4.如权利要求1所述的TiO2薄膜电极材料的制备方法，其特征在于，步骤C中聚苯乙烯球胶体晶体模板在溶胶中的浸泡时间为30～60s，提拉速度为1～3mm/s。
5.如权利要求1所述的TiO2薄膜电极材料的制备方法，其特征在于，步骤C中P25、聚乙烯醇、去离子水和无水乙醇的质量比为1∶(2～10)∶(6～20)∶(8～16)。
6.如权利要求1所述的TiO2薄膜电极材料的制备方法，其特征在于，步骤C中复合薄膜的热处理温度为350～450℃，热处理时间60～180min，升温速度0.5～5℃/min。
7.根据权利要求1所述方法制备的一种染料敏化太阳能电池用TiO2薄膜电极材料，其具有由宏孔/介孔TiO2薄膜层和P25薄膜层组成的双层结构，薄膜的宏孔和介孔结构均具有高度的有序性。
8.如权利要求7所述的TiO2薄膜电极材料，其特征在于，双层结构中的宏孔/介孔TiO2薄膜层，其宏孔孔径在90～1500nm范围内可调，介孔孔径在2.5～5.0nm范围内可调。
9.如权利要求7或8所述的TiO2薄膜电极材料，其特征在于，在相同的DSSC光电转化测试条件下，该双层薄膜电极可比单一P25薄膜电极的光电转化效率高83％。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN103214611A (zh) * | 2013-05-14 | 2013-07-24 | 西华大学 | 一种自带模板剂的单分散型纳米致孔剂的制备方法 |
| CN105762286A (zh) * | 2016-02-26 | 2016-07-13 | 上海科技大学 | 反蛋白石结构钙钛矿薄膜及相应太阳能电池的制备方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008115055A (ja) * | 2006-11-07 | 2008-05-22 | Electric Power Dev Co Ltd | 酸化チタン膜、酸化チタン膜電極膜構造および色素増感太陽電池 |
| CN101323504A (zh) * | 2008-06-13 | 2008-12-17 | 天津大学 | 大孔-介孔纳米晶二氧化钛薄膜的制备方法 |
| CN101503211A (zh) * | 2008-02-04 | 2009-08-12 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 二氧化钛纳米孔阵列薄膜及其制备方法 |
| CN101508417A (zh) * | 2009-03-19 | 2009-08-19 | 浙江大学 | 一种双层纳米结构锐钛矿二氧化钛光电薄膜及其制备方法 |
| JP2011009119A (ja) * | 2009-06-26 | 2011-01-13 | Toyo Seikan Kaisha Ltd | 色素増感型太陽電池に使用される電極 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008115055A (ja) * | 2006-11-07 | 2008-05-22 | Electric Power Dev Co Ltd | 酸化チタン膜、酸化チタン膜電極膜構造および色素増感太陽電池 |
| CN101503211A (zh) * | 2008-02-04 | 2009-08-12 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 二氧化钛纳米孔阵列薄膜及其制备方法 |
| CN101323504A (zh) * | 2008-06-13 | 2008-12-17 | 天津大学 | 大孔-介孔纳米晶二氧化钛薄膜的制备方法 |
| CN101508417A (zh) * | 2009-03-19 | 2009-08-19 | 浙江大学 | 一种双层纳米结构锐钛矿二氧化钛光电薄膜及其制备方法 |
| JP2011009119A (ja) * | 2009-06-26 | 2011-01-13 | Toyo Seikan Kaisha Ltd | 色素増感型太陽電池に使用される電極 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103214611A (zh) * | 2013-05-14 | 2013-07-24 | 西华大学 | 一种自带模板剂的单分散型纳米致孔剂的制备方法 |
| CN103214611B (zh) * | 2013-05-14 | 2014-12-24 | 西华大学 | 一种自带模板剂的单分散型纳米致孔剂的制备方法 |
| CN105762286A (zh) * | 2016-02-26 | 2016-07-13 | 上海科技大学 | 反蛋白石结构钙钛矿薄膜及相应太阳能电池的制备方法 |
| CN105762286B (zh) * | 2016-02-26 | 2018-11-27 | 上海科技大学 | 反蛋白石结构钙钛矿薄膜及相应太阳能电池的制备方法 |
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