CN105514285B - 一种以SiW11Co杂多酸为空穴传输层的钙钛矿电池 - Google Patents

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Abstract

一种以SiW11Co杂多酸为空穴传输层的钙钛矿电池，涉及一种钙钛矿电池。本发明是为了解决现有的钙钛矿太阳能电池的空穴传输层材料的制备和提纯工艺复杂、成本较高，电池稳定性差的技术问题。本发明的钙钛矿电池由下至上依次是导电电极、电子传输层、钙钛矿吸光剂层、SiW11Co杂多酸空穴传输层和金属电极。本发明的优点在于：本发明中SiW11Co杂多酸空穴传输层通过改变反荷粒子的种类，除可用原子层沉积、磁控溅射、热蒸发沉积之外，还可以实现溶液旋涂法制备，另外该物质在空气中稳定，价格便宜。本发明应用于太阳能电池领域。

Description

一种以SiW11Co杂多酸为空穴传输层的钙钛矿电池
技术领域
本发明涉及一种钙钛矿电池。
背景技术
传统能源的日益耗竭以及由消耗化石燃料引起的全球环境问题已经严重制约着人类的生存和社会的发展，寻求可再生的清洁能源已经成为迫在眉睫的问题。太阳能作为一种可再生的能源不仅蕴藏丰富，而且不会造成污染，使用安全。太阳能光伏技术是一种有效的太阳能利用方式之一，经过多年的发展已经取得了一定的突破，并且传统的硅基太阳能电池已经实现部分的商业化应用，但是由于其生产技术苛刻，成本较高，因此长期以来未能广泛推广，其它太阳能光伏技术如燃料敏化太阳能电池(DSSC)、量子点太阳能电池(QDSC)、有机太阳能电池(OPV)等受制于效率提升缓慢、不稳定等缺点，一直以来也未能取得广泛的实际应用。
钙钛矿太阳能电池自2009年诞生以来，受到各国科学家的广发关注，经过短短几年的发展，效率已经突破20％以上，但距其50％的理论效率还有很大的差距，而且钙钛矿电池制备容易，可溶液加工，成本较低，制备材料来源丰富等等，是当今非常有前景的太阳能光伏技术之一。目前，文献报道的高效钙钛矿太阳能电池均是以一种大分子有机物(Spiro-OMeTAD)为空穴传输层材料，而其制备及提纯工艺复杂，成本较高，电池稳定性差等限制了钙钛矿电池的长期发展和实际应用，其它的无机、有机空穴传输层材料电池以及无空穴传输层材料的电池，其效率、稳定性和可成膜性远不及Spiro-OMeTAD为空穴传输层材料的电池，因此开发低价、高效、稳定、容易加工的新型空穴传输层材料对于推动钙钛矿电池的发展具有重要深远的实际意义。
杂多酸是一类多金属的氧酸盐，种类丰富，结构多样，在催化、医药、光伏等领域已有诸多应用，其骨架上的过渡金属元素具有较强的给电子能力，因此具有一定的空穴传输特性，而且可以通过改变反荷离子进而改变其在不同溶剂中的溶解特性。
发明内容
本发明是为了解决现有的钙钛矿太阳能电池的空穴传输层材料的制备和提纯工艺复杂、成本较高，电池稳定性差的技术问题，而提供一种以SiW11Co杂多酸为空穴传输层的钙钛矿电池。
本发明的一种以SiW11Co杂多酸为空穴传输层的钙钛矿电池由下至上依次是导电电极、电子传输层、钙钛矿吸光剂层、SiW11Co杂多酸空穴传输层和金属电极。
本发明的优点在于：本发明中SiW11Co杂多酸空穴传输层通过改变反荷粒子的种类，除可用原子层沉积、磁控溅射、热蒸发沉积之外，还可以实现溶液旋涂法制备，另外该物质在空气中稳定，价格便宜。
附图说明
图1为本发明的以SiW11Co杂多酸为空穴传输层的钙钛矿电池的结构示意图，1为导电电极、2为电子传输层、3为钙钛矿吸光剂层、4为SiW11Co杂多酸空穴传输层，5为金属电极；
图2是试验一的以SiW11Co杂多酸为空穴传输层的钙钛矿电池的I-V曲线图；
图3为试验一制备的SiW11Co杂多酸的XRD图谱。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式为一种以SiW11Co杂多酸为空穴传输层的钙钛矿电池，以SiW11Co杂多酸为空穴传输层的钙钛矿电池由下至上依次是导电电极、电子传输层、钙钛矿吸光剂层、SiW11Co杂多酸空穴传输层和金属电极。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述的SiW11Co杂多酸空穴传输层的制备方法如下：
用70mL的去离子水溶解13g的K8SiW11O39.nH2O缺位型杂多酸，然后在40℃水浴加热和搅拌的条件下滴加6mL浓度为0.7mol/L的Co(NO3)2溶液，在40℃水浴加热和搅拌的条件下反应10min后，在40℃水浴加热和搅拌的条件下加入5g的KCl产生沉淀，在 40℃水浴加热和搅拌的条件下反应5min后过滤得到沉淀，将沉淀全部溶于100mL的去离子水中得到粉红色溶液，将粉红色溶液转移到分液漏斗中，加入20mL乙醚，逐滴加入 50mL～60mL的H2SO4水溶液，充分振荡，静置自然分成三层，分离下层的杂多酸醚合物，在空气中吹气脱醚3h，最后在3℃～5℃的冰箱中重结晶30min，得到SiW11Co杂多酸；将 SiW11Co杂多酸溶解于异丙醇，得到1mg/mL～70mg/mL的SiW11Co杂多酸溶液；然后在钙钛矿吸光剂层上旋涂5mg/mL的SiW11Co杂多酸溶液，得到厚度为1nm～250nm的 SiW11Co杂多酸空穴传输层。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二的不同点是：所述的电子传输层由下至上是致密层和介孔层，致密层的厚度为20nm～100nm，介孔层的厚度为 100nm～500nm。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三的不同点是：所述的钙钛矿吸光剂层的厚度为300nm～500nm。其他与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至三的不同点是：所述的导电电极为 FTO导电玻璃或ITO导电玻璃。其他与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至三的不同点是：所述的金属电极为金电极，厚度为40nm～100nm。其他与具体实施方式一至三相同。
通过以下试验验证本发明的有益效果：
试验一：本试验为一种以SiW11Co杂多酸为空穴传输层的钙钛矿电池，以SiW11Co杂多酸为空穴传输层的钙钛矿电池由下至上依次是导电电极、电子传输层、钙钛矿吸光剂层、SiW11Co杂多酸空穴传输层和金属电极。
本试验的以SiW11Co杂多酸为空穴传输层的钙钛矿电池的制备方法：导电玻璃FTO经过洗涤剂，丙酮、异丙醇，去离子水超声清洗15min，吹干后，用氧等离子体清洗10min，然后旋涂50nm左右的致密层二氧化钛，500℃退火30min，然后旋涂300nm的介孔层二氧化钛，500℃退火30min，冷却后，用20mM的TiCl4水溶液在80℃下钝化处理30min，用去离子水，乙醇清洗，在500℃下加热30min，冷却后，旋涂462mg/mL的碘化铅的DMF 溶液，5秒旋涂6000转，100℃干燥10min后，冷却，在10mg/mL的甲基碘化胺溶液中浸泡20秒，然后在100℃退火20min，冷却后，旋涂5mg/mL的SiW11Co异丙醇溶液，20s 旋涂4000转，真空蒸镀100nm的金电极。
所述的SiW11Co杂多酸空穴传输层的制备方法如下：
用70mL的去离子水溶解13g的K8SiW11O39.nH2O缺位型杂多酸，然后在40℃水浴加热和搅拌的条件下滴加6mL浓度为0.7mol/L的Co(NO3)2溶液，在40℃水浴加热和搅拌的条件下反应10min后，在40℃水浴加热和搅拌的条件下加入5g的KCl产生沉淀，在 40℃水浴加热和搅拌的条件下反应5min后过滤得到沉淀，将沉淀全部溶于100mL的去离子水中得到粉红色溶液，将粉红色溶液转移到分液漏斗中，加入20mL乙醚，逐滴加入 60mL的H2SO4水溶液，充分振荡，静置自然分成三层，分离下层的杂多酸醚合物，在空气中吹气脱醚3h，最后在5℃的冰箱中重结晶30min，得到SiW11Co杂多酸。
图2是试验一的以SiW11Co杂多酸为空穴传输层的钙钛矿电池的I-V曲线图，电化学工作站测试的扫描速度为100mV/s，表1是从图中计算出的数据，可以看出试验一的以SiW11Co杂多酸为空穴传输层的钙钛矿电池的效率可达到6.16％，电流密度为 16.67mA/cm2，开路电压为0.732，填充因子为0.50。
表1
图3为试验一制备的SiW11Co杂多酸的XRD图谱，从图中分析看出SiW11Co在2θ为8.86°，9.45°，17.71°，26.57°，35.61°有明显的吸收峰，证明所合成的物质为Keggin结构的SiW11Co杂多酸。

Claims (6)

1.一种以SiW11Co杂多酸为空穴传输层的钙钛矿电池，其特征在于以SiW11Co杂多酸为空穴传输层的钙钛矿电池由下至上依次是导电电极、电子传输层、钙钛矿吸光剂层、SiW11Co杂多酸空穴传输层和金属电极。
2.根据权利要求1所述的一种以SiW11Co杂多酸为空穴传输层的钙钛矿电池，其特征在于所述的SiW11Co杂多酸空穴传输层的制备方法如下：
用70mL的去离子水溶解13g的K8SiW11O39.nH2O缺位型杂多酸，然后在40℃水浴加热和搅拌的条件下滴加6mL浓度为0.7mol/L的Co(NO3)2溶液，在40℃水浴加热和搅拌的条件下反应10min后，在40℃水浴加热和搅拌的条件下加入5g的KCl产生沉淀，在40℃水浴加热和搅拌的条件下反应5min后过滤得到沉淀，将沉淀全部溶于100mL的去离子水中得到粉红色溶液，将粉红色溶液转移到分液漏斗中，加入20mL乙醚，逐滴加入50mL～60mL的H2SO4水溶液，充分振荡，静置自然分成三层，分离下层的杂多酸醚合物，在空气中吹气脱醚3h，最后在3℃～5℃的冰箱中重结晶30min，得到SiW11Co杂多酸；将SiW11Co杂多酸溶解于异丙醇，得到1mg/mL～70mg/mL的SiW11Co杂多酸溶液；然后在钙钛矿吸光剂层上旋涂5mg/mL的SiW11Co杂多酸溶液，得到厚度为1nm～250nm的SiW11Co杂多酸空穴传输层。
3.根据权利要求1所述的一种以SiW11Co杂多酸为空穴传输层的钙钛矿电池，其特征在于所述的电子传输层由下至上是致密层和介孔层，致密层的厚度为20nm～100nm，介孔层的厚度为100nm～500nm。
4.根据权利要求1所述的一种以SiW11Co杂多酸为空穴传输层的钙钛矿电池，其特征在于所述的钙钛矿吸光剂层的厚度为300nm～500nm。
5.根据权利要求1所述的一种以SiW11Co杂多酸为空穴传输层的钙钛矿电池，其特征在于所述的导电电极为FTO导电玻璃或ITO导电玻璃。
6.根据权利要求1所述的一种以SiW11Co杂多酸为空穴传输层的钙钛矿电池，其特征在于所述的金属电极为金电极，厚度为40nm～100nm。
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