CN105810832A - 基于优异导电性能氧化物优化的钙钛矿太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本文通过简单的一步水热法合成了二氧化钛纳米棒阵列，由于金红石型二氧化钛纳米棒阵列较差的导电性，所以我们使用一些导电性能更为优异的氧化物，例如二氧化锡(SnO2)和三氧化二锑(Sb2O3)来对其进行优化，并基于此二氧化钛纳米棒阵列旋涂了钙钛矿CH3NH3PbI3‑xClx，空穴传输层HTM，最后蒸镀上银对电极组装成钙钛矿太阳能电池。由于SnO2和Sb2O3的优化，致使二氧化钛纳米棒导电性得以增强，使得钙钛矿太阳能电池的短路电流也得到大幅提升从而导致太阳能电池的光电转换效率也大大增加。
Description
技术领域：
本发明属于太阳能电池领域，主要涉及基于优异导电性能氧化物优化的二氧化钛纳米棒阵列钙钛矿太阳能电池的制备方法。
背景技术：
面对日益严峻的环境污染，化石能源枯竭问题以及国家对节能减排的要求，寻找一种无污染，可替代化石能源而且成本低廉的新能源已经刻不容缓。而太阳能因其无限量可再生(或者说不会枯竭)、不受地域限制、运行维护量小等优点使其成为各种新能源中的宠儿。太阳能电池是将太阳能转换为电能最有效的设备。在经历了晶体硅太阳能电池，薄膜太阳能电池两代太阳能电池后第三代太阳能电池，钙钛矿太阳能电池以其低成本，无污染，工艺简单，转化率高而成为众多科学家研究的热点。相对于传统的染料敏化太阳能电池，钙钛矿太阳能电池不需要使用液态电解质，因而容易封装且工艺简单所以渐有取代染料敏化太阳能电池成为今年以及未来几年最具有影响力的新型光伏太阳能电池。
钙钛矿太阳能电池中，钙钛矿受到可见光激发后会产生光生电子以及空穴，光生电子会通过二氧化钛支架层传输到FTO导电基底，空穴则会通过HTM层传输到对电极。但是我们知道，作为导电层的二氧化钛，特别是金红石型二氧化钛的导电性能很差，在传输钙钛矿激发后所产生的光生电子过程中电子的损耗会非常大，因此增加这一层具有很好的导电性能氧化物能大大提高钙钛矿太阳能电池的短路电流而提高太阳能电池的光电转换效率。
发明内容：
本发明的目的是在现有的技术基础之上解决上述问题，受到以前关于这类氧化物，例如SnO2和Sb2O3具有优异的导电性研究的启发，将SnO2和Sb2O3包覆在TiO2纳米棒表面，再基于此TiO2纳米棒阵列组装成钙钛矿太阳能电池。此电池的优势在于：经过SnO2和Sb2O3的优化，金红石型TiO2纳米棒的导电性得到大幅提升，而且并不改变TiO2纳米棒的带隙。从而可以使钙钛矿太阳能电池的短路电流得到大大提高，最终使钙钛矿太阳能电池的光电转换效率得到提升。
附图说明：
图1：二氧化钛纳米棒阵列的扫描电镜图，其中(a)(c)为实施例2的SEM图，(b)(d)为实施例1的SEM图
从图1中a和c我们可以看到TiO2纳米棒基本上都是保持垂直生长在FTO玻璃上，而且分散性比较好，TiO2纳米棒的长度在500纳米左右，而宽度在70纳米左右。图b和图d是经过SnO2和Sb2O3优化后的TiO2纳米棒阵列的扫描电镜图，相对于图a来说，从图b我们可以看到，经过SnO2和Sb2O3优化后，在TiO2纳米棒之间有许多填充物，而从b图右上角放大倍数的小图更能清晰印证这一点。此外，从图d我们可以看到有许多SnO2和Sb2O3固体纳米颗粒吸附在TiO2纳米棒阵列上面。这些吸附的SnO2和Sb2O3有利于电子的传输以及避免电子和空穴对的复合。
图2：(a)实施例1和实施例2生长的TiO2纳米棒阵列的紫外-可见吸收图谱(b)根据实施例1和实施例2生长的漫反射图谱转化而来的TiO2纳米棒阵列的Tauct图谱。
由图中可以看到实施例1经过优化后的纳米棒阵列的在可见光(波长400-650nm)范围内漫反射稍微高于实施例2的阵列，这是由于大量的SnO2和Sb2O3颗粒吸附在TiO2纳米棒上，增大了纳米棒的表面积。较高的漫反射可以增加太阳光的利用率，当太阳光从玻璃背面照射到电池上时不可避免的有一部分光会透过钙钛矿照射到TiO2纳米棒上，而较高的漫反射就可以使这部分光更多的反射回去被钙钛矿再利用从而产生更多的光生电子，提高电子的传输效率，增加电池的短路电流。图(b)是根据漫反射数据转换的Tautplot图，从图中可以看到经过实施例1的TiO2纳米棒的带隙并没有发生变化，这与掺杂是有区别的，说明SnO2和Sb2O3的引进对TiO2纳米棒的晶型并没有影响。SnO2和Sb2O3只是辅助传输光生电子，而TiO2纳米棒的光电性能并没有因为SnO2和Sb2O3的引进而发生变化。
图3：实施例1(a)和实施例2(b)生长的TiO2纳米棒以及FTO(c)玻璃的XRD图谱。
图3所示为实施例1的TiO2纳米棒阵列以及实施例2的TiO2纳米棒阵列的XRD图谱，根据标准卡片JCPDS21-1276可知在图中被方块标注的衍射峰与金红石相二氧化钛的(110)，(101)，(111)，(211)，(002)，(301)，(112)晶面衍射峰相吻合。图中b是实施例2的TiO2纳米棒阵列的XRD图谱，由于Sb2O3的质量分数小于5％所以图中并没有Sb2O3的峰出现，图中被圆形标注的是SnO2的峰，由于FTO玻璃基底中也有SnO2存在，所以也并不能确定SnO2-Sb2O3的存在。为了证明SnO2和Sb2O3确实渗透进了TiO2纳米棒阵列空隙之中，所以我们接下来又做了能量散色谱(EDS)来说明SnO2-Sb2O3的存在以及所占的质量分数。如图4所示：
图4：实施例1生长的TiO2纳米棒经过优化后的EDS图谱。
图5：实施例1和实施例2组装的钙钛矿太阳能电池的I-V曲线图(a)以及IPCE图(b)。
从图中可以看到基于实施例2的纳米棒太阳能电池开路电压为0.68V，电流密度为16.3mA/cm2，填充因子为59.2％，光电转化效率为6.6％，而对于实施例1SnO2和Sb2O3优化后TiO2纳米棒的钙钛矿太阳能电池，开路电压没有变化为相同的0.68V，电流密度为上升到21.0mA/cm2，填充因子稍微上升为65.2％，光电转化效率增加到9.4％，对比两种钙钛矿太阳能电池，可以计算出在相同的测试条件下经过优化后，电池的短路电流增加了30％左右，而光电转换效率更是增加了42％左右。而电池的开路电压跟TiO2纳米棒的费米能级有关，根据图2可知，SnO2和Sb2O3的引入并没有改变TiO2的带隙，其费米能级并没有发生改变，这也跟I-V曲线测试中两种电池的开路电压一样是一致的。从图b可知，在可见光范围内(波长400-750nm)，经过SnO2和Sb2O3优化的太阳能电池的IPCE高达70％以上明显要高于未经优化的太阳能电池的55％左右。电池的短路电流密度Jsc就是IPCE经过积分所得到的，IPCE测试的结果与以上I-V曲线测试的结果也是相一致的。
图6：实施例1和实施例2组装的钙钛矿太阳能电池的电化学阻抗图谱。
位于高频区的前一个小半圆与横坐标的交点跟纵坐标的距离代表的是TiO2纳米棒阵列与FTO玻璃之间的面阻抗(Rs)，这段距离越长，面阻越大，电子由TiO2纳米棒转移到FTO玻璃上遇到的阻力也就越大。从图6中可知，实施例1经过SnO2和Sb2O3优化的纳米棒阵列与FTO玻璃之间界面阻力明显要小于实施例2正常的阵列，这样电子从TiO2纳米棒上转移到FTO玻璃上也就更为容易。测试所得的能奎斯特图谱有两个半圆，前一个位于高频区的小半圆的半径代表的是位于对电极上的空穴的传输和剥离的能力，直径越小意味着空穴的传输和剥离也就越容易。对比两个图谱我们可以看到，实施例1经过优化的太阳能电池具有一个比较低的传输阻力(R1)，这归功于TiO2经过优化后电子能够及时地与空穴剥离并能够快速地传输走，从而避免了与空穴的复合。位于低频区的大半圆，其半径大小(R2)与电子的重组能力成反比，在图6中，我们可以看到经过优化的电池其复合阻力明显大于正常的太阳能电池，这也是由于电子被快速的转移走导致电子与空穴很难发生复合。特别地，TiO2和SnO2之间的电位差也能够使光生电子很容易地从TiO2面转移到SnO2，从而降低了电子与空穴在TiO2界面的复合。
图7：实施例1和实施例2组装的钙钛矿太阳能电池的时间-电流图谱。
从图中可以看出，实施例1经过SnO2和Sb2O3优化后的太阳能电池的光电流很稳定几乎没有衰减，这是由于钙钛矿CH3NH3PbI3-xClx受到光激发后产生的光生电子能够经由SnO2和Sb2O3快速的传输到FTO层，从而降低了光生电子与空穴复合几率，而由实施例2正常TiO2纳米棒阵列组装的电池光电流有明显的衰减，这是由于TiO2纳米棒较低的导电性导致的，也解释了I-V测试中电池的填充因子小于优化后的电池的原因。另一方面，开光后经过SnO2和Sb2O3优化的电池的光电流明显大于正常阵列的电池，这也与I-V曲线测试与IPCE测试相一致。
图8：实施例1和实施例2组装的钙钛矿太阳能电池的光强-电流密度图谱。
从图中可以看出，随着光强的增强电池的短路电流密度Jsc也逐渐增大，这说明了钙钛矿以及TiO2纳米棒良好的导电性以及空穴传输层HTM良好的空穴捕获能力，而且从图中可以看到实施例1经过SnO2和Sb2O3优化的电池随着光强的增大，其短路电流密度增长速率明显大于实施例2正常的太阳能电池，这是因为包覆在TiO2纳米棒上的SnO2和Sb2O3具有更为优异的电子传输能力。特别地，短路电流密度随着光强的增强基本上都是线性变化，这说明钙钛矿太阳能电池内部的TiO2/CH3NH3PbI3-xClx/HTM组成的P-i-N结构是非空间电荷限制结构，也就是说TiO2/CH3NH3PbI3-xClx/HTM内部载流子的分离，漂移速率几乎是一样的，这对电池的性能也是有利的。
具体实施方式：
以下结合实例对本发明作进一步说明：
实施例1
(1)以FTO导电玻璃为基底，通过简单的一步水热法生长二氧化钛纳米棒阵列。FTO导电玻璃基底的处理：将FTO导电玻璃不需要刻蚀的地方贴上胶带，裸露部分均匀涂抹一层Zn粉，再将上述玻璃轻轻放入已提前配置好的盐酸溶液(体积比为HCl∶H2O＝1∶1)刻蚀掉暴露区域，再用自来水冲洗刻蚀好的玻璃，然后再用清洁剂，丙酮和异丙醇混合溶液，乙醇，去离子水分别超声洗涤一定时间分钟，洗涤几次后将洗干净的FTO玻璃烘干备用。
(2)TiO2纳米棒的生长：室温环境下，取一定量的盐酸加入到相同体积的H2O中，搅拌一段时间后，量取0.75～1mL的4-异丙醇钛逐滴缓慢滴加到上述均匀混合溶液中搅拌15min，将烘干的FTO玻璃放入聚四氟乙烯反应釜中，倒入上述配置好的溶液。将反应釜放入烘箱中，调节烘箱温度150～180度，水热反应3～5小时。
(3)TiO2纳米棒阵列的处理：待反应结束的高压釜自然冷却至室温后取出生长有TiO2纳米棒阵列的FTO玻璃放入干净的表面皿中，加入去离子水浸泡一段时间，再用去离子水清洗放入烘箱烘干后放入马弗炉中400～600度煅烧20～40分钟待用。
(4)SnO2和Sb2O3的优化：称取0.575～2.892g的SnCl4·5H2O和0.039～0.19g的SbCl3加入到正丁醇溶液中，搅拌至固体完全溶解后再用正丁醇稀释100倍，将配置好上述溶液旋涂在(3)步骤处理好的TiO2纳米棒阵列上面，置于马弗炉中煅烧一定时间使锡盐和锑盐氧化为二氧化锡和三氧化二锑。
(5)钙钛矿太阳能电池的组装：将钙钛矿CH3NH3PbI3-xClx滴在上述处理好的TiO2纳米棒阵列上，旋涂仪低速500～1500转/分钟，旋涂3～10秒，再高速2500～4500转/分钟，旋涂30～60秒，放置在烘箱中使钙钛矿结晶反应，烘箱温度调节为100～130度，反应40～60分钟，待钙钛矿完全变黑取出冷却，再将HTM以相同的方法旋涂在在钙钛矿层上面。在干燥箱中氧化一夜。待上述步骤完成后用热蒸镀仪镀银从而完成对电池的制备。
实施例2：
(1)以FTO导电玻璃为基底，通过简单的一步水热法生长二氧化钛纳米棒阵列。FTO导电玻璃基底的处理：将FTO导电玻璃不需要刻蚀的地方贴上胶带，裸露部分均匀涂抹一层Zn粉，再将上述玻璃轻轻放入已提前配置好的盐酸溶液(体积比HCl∶H2O＝1∶1)刻蚀掉暴露区域，再用自来水冲洗刻蚀好的玻璃，然后再用清洁剂，丙酮和异丙醇混合溶液，乙醇，去离子水分别超声洗涤一段时间，洗涤几次后将洗干净的FTO玻璃烘干备用。
(2)TiO2纳米棒的生长：室温环境下，取一定量的HCl加入到相同体积的H2O中，搅拌一段时间后，量取0.75～1mL的4-异丙醇钛逐滴缓慢滴加到上述均匀混合溶液中搅拌至澄清，将烘干的FTO玻璃放入聚四氟乙烯反应釜中，倒入上述配置好的溶液。将反应釜放入烘箱中，调节烘箱温度150～180度，水热反应3～5小时。
(3)TiO2纳米棒阵列的处理：待反应结束的高压釜自然冷却至室温后取出生长有TiO2纳米棒阵列的FTO玻璃放入干净的表面皿中，加入去离子水浸泡一段时间，再用去离子水清洗放入烘箱烘干，最后放入马弗炉中400～600度煅烧20～40分钟待用。
(4)钙钛矿太阳能电池的组装：将钙钛矿CH3NH3PbI3-xClx滴在上述处理好的TiO2纳米棒阵列上，旋涂仪低速500～1500转/分钟，旋涂3～10秒，再高速2500～4500转/分钟，旋涂30～60秒，放置在烘箱中使钙钛矿结晶反应，烘箱温度调节为100～130度，反应40～60分钟，待钙钛矿完全变黑取出冷却，再将HTM以相同的方法旋涂在在钙钛矿层上面。在干燥箱中氧化一夜。待上述步骤完成后用热蒸镀仪镀银从而完成对电池的制备。
(5)分别将实施例1和实施例2所得的实验结果进行结构表征和光电性能测试，I-V测试结果如下表所示。
Claims (8)
1.一种基于优异导电性能氧化物优化的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：该太阳能电池是通过如下方法制备得到：
(1)TiO2纳米棒的生长：在盐酸和去离子水的混合液中加入4-异丙醇钛或钛酸四丁酯，搅拌均匀，将洁净的FTO导电玻璃放置于高压釜中，之后将上述配置好的溶液倒入高压釜中，并置于烘箱中反应；反应结束后清洗已生长有纳米棒阵列的FTO玻璃，清洗结束后进行煅烧，得到处理后的TiO2纳米棒阵列；
(2)优异导电性能氧化物的优化：称取一定量的具有优异导电性能氧化物的金属盐加入到有机溶剂中搅拌均匀，将此溶液旋涂在(1)步骤生长好的二氧化钛纳米棒上，煅烧使金属盐氧化成金属氧化物。
(3)钙钛矿太阳能电池的组装：将钙钛矿CH3NH3PbI3-xClx或CH3NH3PbI3旋涂于步骤(2)中处理后TiO2纳米棒阵列上，高温反应使钙钛矿充分结晶，再以相同的转速旋涂HTM层，于干燥箱中放置一夜使HTM充分氧化，利用真空蒸镀方法镀上银，金或铝对电极。
2.根据权利要求1所述的基于优异导电性能氧化物优化的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：步骤(1)中所述盐酸的质量浓度为37％，盐酸与去离子水的体积比为1～3∶1～3。
3.根据权利要求1所述的基于优异导电性能氧化物优化的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：步骤(1)中4-异丙醇钛或钛酸四丁酯与盐酸和水混合体积的比0.75～1∶40～60，4-异丙醇钛或钛酸四丁酯与氧化物金属盐的质量比为70～100∶1～10。
4.根据权利要求1-3任一项所述的基于优异导电性能氧化物优化的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：步骤(2)中所述的具有优异导电性能氧化物金属盐为五水合四氯化锡和三氯化锑，有机溶剂为正丁醇。
5.根据权利要求1所述的基于优异导电性能氧化物优化的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：步骤(1)中烘箱中的反应温度为150～180℃，反应时间为3～5小时。
6.根据权利要求1所述的基于优异导电性能氧化物优化的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：步骤(1)和(2)中煅烧的温度为400～600℃，煅烧的时间为0.1～1小时。
7.根据权利要求1所述的基于优异导电性能氧化物优化的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：步骤(2)和(3)中，旋涂是以500～1500转/分钟的速度旋涂3～10秒，再以2500～4500转/分钟的速度旋涂30～60秒。
8.根据权利要求1所述的基于优异导电性能氧化物优化的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：步骤(3)中高温反应的条件是反应温度为100～130℃，反应时间为40～60min。
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106848064A (zh) * | 2017-01-19 | 2017-06-13 | 天津大学 | 基于二氧化钛‑铜铟硫量子点核壳结构的高稳定性钙钛矿太阳能电池及制备方法 |
| CN107275486A (zh) * | 2017-05-24 | 2017-10-20 | 西安交通大学 | 双层双尺度复合结构氧化物‑二氧化钛薄膜及其制备工艺和用途 |
| CN108855156A (zh) * | 2018-07-18 | 2018-11-23 | 河南工业大学 | 一种全无机非铅钙钛矿复合TiO2纳米线及其制备方法 |
| CN113929313A (zh) * | 2021-10-18 | 2022-01-14 | 西安电子科技大学 | 一种三维导电纳米棒及其阵列电子传输层的制备方法 |
| CN114242981A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-03-25 | 太原理工大学 | 一种TiO2-SnO2复合材料及其制备方法和应用 |
| CN115478277A (zh) * | 2022-08-30 | 2022-12-16 | 中山大学 | 一种溶剂调控的光阳极材料及其制备方法和应用 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104157787A (zh) * | 2014-08-12 | 2014-11-19 | 郑州大学 | 一种平面-介孔混合钙钛矿太阳能电池结构及制作方法 |
| CN104183697A (zh) * | 2014-08-25 | 2014-12-03 | 常州大学 | 一种钙钛矿结构的太阳能电池及其制备方法 |
| CN104465994A (zh) * | 2014-12-09 | 2015-03-25 | 厦门惟华光能有限公司 | 一种基于全涂布工艺的钙钛矿太阳能电池的制备方法 |
| CN104952963A (zh) * | 2015-04-14 | 2015-09-30 | 上海大学 | 一种用于钙钛矿太阳能电池的TiO2-ZnO异质结纳米棒的制备方法 |
-
2016
- 2016-03-22 CN CN201610171866.8A patent/CN105810832A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104157787A (zh) * | 2014-08-12 | 2014-11-19 | 郑州大学 | 一种平面-介孔混合钙钛矿太阳能电池结构及制作方法 |
| CN104183697A (zh) * | 2014-08-25 | 2014-12-03 | 常州大学 | 一种钙钛矿结构的太阳能电池及其制备方法 |
| CN104465994A (zh) * | 2014-12-09 | 2015-03-25 | 厦门惟华光能有限公司 | 一种基于全涂布工艺的钙钛矿太阳能电池的制备方法 |
| CN104952963A (zh) * | 2015-04-14 | 2015-09-30 | 上海大学 | 一种用于钙钛矿太阳能电池的TiO2-ZnO异质结纳米棒的制备方法 |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106848064A (zh) * | 2017-01-19 | 2017-06-13 | 天津大学 | 基于二氧化钛‑铜铟硫量子点核壳结构的高稳定性钙钛矿太阳能电池及制备方法 |
| CN106848064B (zh) * | 2017-01-19 | 2019-06-04 | 天津大学 | 基于二氧化钛-铜铟硫量子点核壳结构的高稳定性钙钛矿太阳能电池及制备方法 |
| CN107275486A (zh) * | 2017-05-24 | 2017-10-20 | 西安交通大学 | 双层双尺度复合结构氧化物‑二氧化钛薄膜及其制备工艺和用途 |
| CN107275486B (zh) * | 2017-05-24 | 2020-03-17 | 西安交通大学 | 双层双尺度复合结构氧化物-二氧化钛薄膜及其制备工艺和用途 |
| CN108855156A (zh) * | 2018-07-18 | 2018-11-23 | 河南工业大学 | 一种全无机非铅钙钛矿复合TiO2纳米线及其制备方法 |
| CN113929313A (zh) * | 2021-10-18 | 2022-01-14 | 西安电子科技大学 | 一种三维导电纳米棒及其阵列电子传输层的制备方法 |
| CN114242981A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-03-25 | 太原理工大学 | 一种TiO2-SnO2复合材料及其制备方法和应用 |
| CN114242981B (zh) * | 2021-12-17 | 2024-04-09 | 太原理工大学 | 一种TiO2-SnO2复合材料及其制备方法和应用 |
| CN115478277A (zh) * | 2022-08-30 | 2022-12-16 | 中山大学 | 一种溶剂调控的光阳极材料及其制备方法和应用 |
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