CN107452879A - 一种具有银/二氧化钛纳米复合材料致密薄膜的钙钛矿太阳能电池 - Google Patents

一种具有银/二氧化钛纳米复合材料致密薄膜的钙钛矿太阳能电池 Download PDF

Info

Publication number
CN107452879A
CN107452879A CN201710824177.7A CN201710824177A CN107452879A CN 107452879 A CN107452879 A CN 107452879A CN 201710824177 A CN201710824177 A CN 201710824177A CN 107452879 A CN107452879 A CN 107452879A
Authority
CN
China
Prior art keywords
silver
titanium dioxide
composite material
perovskite solar
nano composite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710824177.7A
Other languages
English (en)
Inventor
杨应平
李殊涵
乔羽
胡靖华
陈梦苇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan University of Technology WUT
Original Assignee
Wuhan University of Technology WUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan University of Technology WUT filed Critical Wuhan University of Technology WUT
Priority to CN201710824177.7A priority Critical patent/CN107452879A/zh
Publication of CN107452879A publication Critical patent/CN107452879A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/10—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising heterojunctions between organic semiconductors and inorganic semiconductors
    • H10K30/15—Sensitised wide-bandgap semiconductor devices, e.g. dye-sensitised TiO2
    • H10K30/151—Sensitised wide-bandgap semiconductor devices, e.g. dye-sensitised TiO2 the wide bandgap semiconductor comprising titanium oxide, e.g. TiO2
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

本发明提供一种制备方法简单、能量转换效率高的具有银/二氧化钛纳米复合材料致密薄膜的钙钛矿太阳能电池，包括依次叠加的FTO导电基底、致密层、介孔层、钙钛矿层以及碳对电极层，所述致密层采用银/二氧化钛纳米复合材料，所述银/二氧化钛纳米复合材料由硝酸银和异丙醇钛混合得到前驱体溶液，并将前驱体溶液旋涂在FTO导电玻璃上经过高温烧结得到。

Description

一种具有银/二氧化钛纳米复合材料致密薄膜的钙钛矿太阳 能电池
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体来说，涉及一种由银/二氧化钛纳米复合材料得到的致密层及具有银/二氧化钛纳米复合材料致密薄膜的钙钛矿太阳能电池。
背景技术
目前，太阳能电池领域发展迅速，与现有的太阳能电池技术相比，钙钛矿材料及器件具有几方面优点，钙钛矿材料具有吸光能力强，消光系数高，优良的载流子输运特性，可以低温制备等，因此是一种非常优异的吸收太阳光的光伏材料，同时，银粒子由于其特殊的等离子体效应，在一定的入射光频率范围内可以与入射光子形成共振，并极大地增强对光的吸收。
目前，没有空穴传输层的基于碳对电极的钙钛矿太阳能电池由于其成本低廉、制作方法简单而受到广泛关注，但是其光电转换效率一直得不到有效的提升。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种制备方法简单、能量转换效率高的具有银/二氧化钛纳米复合材料(Ag/nano-TiO2)致密薄膜的钙钛矿太阳能电池。
本发明的技术方案可以通过以下技术措施来实现：
一种银/二氧化钛纳米复合钙钛矿太阳能电池致密层，所述致密层采用银/二氧化钛纳米复合材料，所述银/二氧化钛纳米复合材料由硝酸银和异丙醇钛混合得到前驱体溶液，并将前驱体溶液旋涂在FTO导电玻璃上经过高温烧结得到。
优选地，所述前驱体溶液由硝酸银和异丙醇钛以银钛摩尔比为0.5～2.5:100配制而成，所述高温烧结的温度为450-550℃之间，所述高温烧结的时间为30-60min。
优选地，所述前驱体溶液由硝酸银和异丙醇钛以银钛摩尔比为1.5:100配制而成。
一种具有银/二氧化钛纳米复合材料致密薄膜的钙钛矿太阳能电池，包括依次叠加的FTO导电基底、致密层、介孔层、钙钛矿层以及碳对电极层，所述致密层为上述的银/二氧化钛纳米复合钙钛矿太阳能电池致密层。
优选地，所述介孔层包括依次叠加的纳米二氧化钛层(TiO2)和纳米二氧化锆层(ZrO2)组成，其中在制备过程中先旋涂二氧化钛，再旋涂二氧化锆。
优选地，所述钙钛矿层由钙钛矿材料碘铅甲胺组成，制备过程中所述钙钛矿层由钙钛矿材料CH3NH3PbI3旋涂在二氧化锆上形成，所述钙钛矿层一部分浸入到介孔层中，另一部分在介孔层上形成钙钛矿薄膜。
优选地，所述致密层、介孔层、钙钛矿层依次旋涂在1.5cm*1.5cm的FTO导电基底上，所述碳对电极采用丝网印刷的方式印刷在钙钛矿层上面。
优选地，所述FTO导电基底一端具有0.5cm*1.5cm的刻蚀部分，另一端贴上0.2cm*1.5cm的胶带，作为未被其他物质覆盖住的导电层，便于连接需要电力驱动的器件。
优选地，所述太阳能电池各层的厚度分别为致密层50nm，二氧化钛层150nm，二氧化锆层200nm，钙钛矿层200nm，碳对电极层30μm。
相对于现有的一些制备技术，本发明是在致密层中加入银纳米粒子，使得致密层进一步阻挡电子空穴复合，增强银的表面等离子体效应以及银粒子对光的散射，由此增强钙钛矿材料对太阳光的吸收从而增强电池的光电转换效率。
钙钛矿材料本身具有优秀的光吸收特性，且载流子迁移特性好，是一种理想的吸光材料，同时二氧化钛在其中起到电子传递的作用，将银纳米粒子掺入二氧化钛中形成复合材料薄膜可以有效利用银粒子的优秀吸光能力来进一步增强光生电子空穴对的产生于分离，能有效使钙钛矿太阳能电池器件的光电转换效率得到进一步的提升。
利用硝酸银与二氧化钛复合后得到的银/二氧化钛纳米复合薄膜对太阳光的散射能力强，银粒子与氧化物如二氧化钛接触后在接触面会形成肖特基势垒，有助于电子空穴的分离。
此外，硝酸银与异丙醇钛混合制备致密层方法简便，操作起来更加容易可行，应用起来更加灵活。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明银/二氧化钛纳米复合材料致密薄膜钙钛矿太阳能电池的结构图；
图2是所得的银/二氧化钛纳米复合钙钛矿太阳能电池致密层的形貌图，其中图(a)为所述致密层放大五万倍的形貌图；(b)为图a中的局部结构在放大20万倍时的形貌；(b)中虚线框表示二氧化钛晶格所在位置，标注Ag的位置为银粒子晶格，箭头所指示的为银粒子与二氧化钛粒子的晶格间距，以此来区分致密层上银粒子与二氧化钛粒子；
图3是本发明四个实施例得到的钙钛矿太阳能电池的J-V曲线。
具体实施方式
为使本发明更加容易理解，下面将进一步阐述本发明的具体实施例。
实施例1
将硝酸银及二氧化钛以银钛摩尔比为2.5％的比例混合，以乙醇为溶剂匀速搅拌1小时制得致密层前驱体胶体溶液。
清洗干净FTO导电玻璃基底，在上面旋涂一层包含硝酸银的致密层前驱体溶液，150℃加热10分钟，冷却后再旋涂一次，500℃加热30分钟，得到致密层薄膜。
随后在所得致密层薄膜上依次以3500转20s和5000转20s旋涂二氧化钛和二氧化锆，500℃高温退火30min，得到150nm厚的二氧化钛层和200nm厚的二氧化锆层，即介孔层。
钙钛矿薄膜通过在介孔层上旋涂碘铅甲胺溶液，经70℃加热10min形成.
最后碳对电极采用丝网印刷方法印刷在钙钛矿层上，加热100℃使其固化，由此形成了整个三明治结构的钙钛矿太阳能电池。
图1为制备得到的钙钛矿太阳能电池的结构图。图2为采用本实施例的方法在致密层前驱体溶液中加入硝酸银后旋涂在FTO导电玻璃上经过500℃烧结形成的银/二氧化钛纳米复合材料的形貌。由图中可知，有两种不同的晶格间距，并发现了银纳米粒子的晶格，由此说明银纳米粒子存在致密层里，而且银纳米粒子被二氧化钛纳米粒子环绕包在其中，形成了银/二氧化钛纳米复合物。
实施例2
将硝酸银及二氧化钛以银钛摩尔比为1.5％的比例混合，以乙醇为溶剂中制得致密层前驱体溶液。随后采用实施例1中的方法依次制得银/二氧化钛纳米复合致密层、二氧化钛和二氧化锆介孔层、钙钛矿层和碳对电极。
实施例3
将硝酸银及二氧化钛以银钛摩尔比为0.5％的比例混合，以乙醇为溶剂中制得致密层前驱体溶液。随后采用实施例1中的方法依次制得银/二氧化钛纳米复合致密层、二氧化钛和二氧化锆介孔层、钙钛矿层和碳对电极。
实施例4
制备二氧化钛前驱体溶液。清洗干净FTO导电玻璃，在上面旋涂不含硝酸银的二氧化钛致密层前驱体溶液，随后采用实施例1中的方法依次制得致密层、二氧化钛和二氧化锆介孔层、钙钛矿层和碳对电极。
图3为本发明实施例1-4得到的钙钛矿太阳能电池的中银离子的含量对整个太阳能电池性能的影响，包括了短路电流和开路电压。其中尤以银、钛摩尔比为1.5％的银/二氧化钛纳米复合材料致密薄膜钙钛矿太阳能电池的性能最好，通过电化学工作站的光电性能测试，其最优短路电流达到了20.42mA cm-2，相应的效率达到了8.96％，而未加入硝酸银的测试电池样品其最优短路电流只有16.63mA cm-2，相应效率为6.88％。由此说明加入银粒子后的电池性能提升非常明显。
与直接将银纳米线应用在致密层上相比，硝酸银与异丙醇钛混合制备致密层的方法得到的银纳米粒子的大小粒径会随着硝酸银含量不同而改变，因此可以根据需要制备出具备有不同颗粒尺寸大小的银/二氧化钛复合薄膜，其相应的光学及电学性质也不同。而且将硝酸银和二氧化钛应用在致密层上经过加热煺火得到的银/二氧化钛纳米复合材料的表面形貌不同，粗糙度不同，因此载流子复合以及传输的特性也会有很大差异。加入银纳米粒子后，由于银粒子在与二氧化钛粒子接触时表面会产生肖特基势垒，能够加快电子空穴分离，从而减弱了载流子复合，增强了载流子的传输特性，由于电子空穴对传输速度加快同时复合减弱，所以对钙钛矿太阳能电池整体的光电性能有着大的提升效果，从图3的J-V曲线中便可以发现加入一定量银纳米粒子的短路电流密度要高于没有加入银纳米粒子的短路电流密度。
综上所述，本发明所得银/二氧化钛纳米复合材料致密薄膜钙钛矿太阳能电池利用低成本的碳作为对电极，不加入空穴传输层，利用有机金属卤化物CH3NH3PbI3作为光伏材料，结构简单，电池稳定性好，光电转换效率接近9％，可作为新一代的太阳能电池。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种银/二氧化钛纳米复合钙钛矿太阳能电池致密层，其特征在于，所述致密层采用银/二氧化钛纳米复合材料，所述银/二氧化钛纳米复合材料由硝酸银和异丙醇钛混合得到前驱体溶液，并将所述前驱体溶液旋涂在FTO导电玻璃上经过高温烧结得到。
2.根据权利要求1所述的银/二氧化钛纳米复合钙钛矿太阳能电池致密层，其特征在于，所述前驱体溶液由硝酸银和异丙醇钛以银钛摩尔比为0.5～2.5:100配制而成，所述高温烧结的温度为450-550℃，所述高温烧结的时间为30-60min。
3.根据权利要求1所述的银/二氧化钛纳米复合钙钛矿太阳能电池致密层，其特征在于，所述前驱体溶液由硝酸银和异丙醇钛以银钛摩尔比为1.5:100配制而成。
4.一种具有银/二氧化钛纳米复合材料致密薄膜的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括依次叠加的FTO导电基底、致密层、介孔层、钙钛矿层以及碳对电极层，所述致密层为权利要求1所述的银/二氧化钛纳米复合钙钛矿太阳能电池致密层。
5.根据权利要求4所述的具有银/二氧化钛纳米复合材料致密薄膜的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述介孔层包括依次叠加的纳米二氧化钛层和纳米二氧化锆层。
6.根据权利要求4所述的具有银/二氧化钛纳米复合材料致密薄膜的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿层由钙钛矿材料碘铅甲胺组成。
7.根据权利要求4所述的具有银/二氧化钛纳米复合材料致密薄膜的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述致密层、介孔层、钙钛矿层依次旋涂在1.5cm*1.5cm的FTO导电基底上，所述碳对电极采用丝网印刷的方式印刷在钙钛矿层上面。
8.根据权利要求4所述的具有银/二氧化钛纳米复合材料致密薄膜的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述FTO导电基底一端具有0.5cm*1.5cm的刻蚀部分，另一端贴上0.2cm*1.5cm的胶带。
9.根据权利要求4所述的具有银/二氧化钛纳米复合材料致密薄膜的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池各层的厚度分别为致密层50nm，二氧化钛层150nm，二氧化锆层200nm，钙钛矿层200nm，碳对电极层30μm。
CN201710824177.7A 2017-09-13 2017-09-13 一种具有银/二氧化钛纳米复合材料致密薄膜的钙钛矿太阳能电池 Pending CN107452879A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710824177.7A CN107452879A (zh) 2017-09-13 2017-09-13 一种具有银/二氧化钛纳米复合材料致密薄膜的钙钛矿太阳能电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710824177.7A CN107452879A (zh) 2017-09-13 2017-09-13 一种具有银/二氧化钛纳米复合材料致密薄膜的钙钛矿太阳能电池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107452879A true CN107452879A (zh) 2017-12-08

Family

ID=60495582

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710824177.7A Pending CN107452879A (zh) 2017-09-13 2017-09-13 一种具有银/二氧化钛纳米复合材料致密薄膜的钙钛矿太阳能电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107452879A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110429182A (zh) * 2019-08-09 2019-11-08 陕西科技大学 一种TiO2双层薄膜间嵌入AgNWs的复合电极、钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN110824594A (zh) * 2019-10-18 2020-02-21 常熟理工学院 一种全二氧化钛一维光子晶体及其制备方法
CN113555453A (zh) * 2021-01-05 2021-10-26 宣城睿晖宣晟企业管理中心合伙企业(有限合伙) 一种异质结太阳能电池及制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104393177A (zh) * 2014-10-24 2015-03-04 姚冀众 基于钙钛矿相有机金属卤化物的太阳能电池及其制备方法
CN104538192A (zh) * 2014-12-19 2015-04-22 常州大学 一种多孔结构有机/无机杂化钙钛矿电池及其制备方法
CN105336864A (zh) * 2015-12-16 2016-02-17 宁波大学 一种钙钛矿太阳能电池结构及其制备方法
CN105932162A (zh) * 2016-04-28 2016-09-07 宁波大学 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104393177A (zh) * 2014-10-24 2015-03-04 姚冀众 基于钙钛矿相有机金属卤化物的太阳能电池及其制备方法
CN104538192A (zh) * 2014-12-19 2015-04-22 常州大学 一种多孔结构有机/无机杂化钙钛矿电池及其制备方法
CN105336864A (zh) * 2015-12-16 2016-02-17 宁波大学 一种钙钛矿太阳能电池结构及其制备方法
CN105932162A (zh) * 2016-04-28 2016-09-07 宁波大学 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
H.NOUROLAHI ET AL.: ""Silver nanoparticle plasmonic effects on hole-transport material-free mesoporous heterojunction perovskite solar cells"", 《SOLAR ENERGY》 *
XIAO YUQING ET AL.: ""W-doped TiO2 mesoporous electron transport layer for efficient hole transport material free perovskite solar cells employing carbon counter electrodes"", 《JOURNAL OF POWER SOURCES》 *
ZHILIANG KU ET AL.: ""Full Printable Processed Mesoscopic CH3NH3PbI3/TiO2 Heterojunction Solar Cells with Carbon Counter Electrode"", 《SCIENTIFIC REPORTS》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110429182A (zh) * 2019-08-09 2019-11-08 陕西科技大学 一种TiO2双层薄膜间嵌入AgNWs的复合电极、钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN110824594A (zh) * 2019-10-18 2020-02-21 常熟理工学院 一种全二氧化钛一维光子晶体及其制备方法
CN110824594B (zh) * 2019-10-18 2022-02-18 常熟理工学院 一种全二氧化钛一维光子晶体及其制备方法
CN113555453A (zh) * 2021-01-05 2021-10-26 宣城睿晖宣晟企业管理中心合伙企业(有限合伙) 一种异质结太阳能电池及制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. Efficient carbon-based CsPbBr 3 inorganic perovskite solar cells by using Cu-phthalocyanine as hole transport material
Hou et al. Effect of guanidinium on mesoscopic perovskite solar cells
CN104134711B (zh) 一种钙钛矿太阳能电池的制备方法
CN204243085U (zh) 钙钛矿基薄膜太阳电池
CN107204379B (zh) 一种高质量无机钙钛矿薄膜及其制备方法和在太阳能电池中的应用
CN103746078B (zh) 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN104124291B (zh) 一种钙钛矿太阳电池及其制备方法
CN108269918B (zh) 多孔钙钛矿薄膜、碳浆料与基于碳电极的太阳能电池
CN104701023B (zh) 一种钙钛矿薄膜太阳能电池的碳电极材料及其制备方法
Zhang et al. Influence of different TiO2 blocking films on the photovoltaic performance of perovskite solar cells
Yan et al. Photoanode of Dye‐Sensitized Solar Cells Based on a ZnO/TiO2 Composite Film
KR101124618B1 (ko) 탄소나노튜브가 침입된 금속산화물 복합막, 이의 제조방법 및 이를 이용한 광전변환효율 및 수명이 향상된 유기태양전지
US20090114278A1 (en) Dye-sensitized solar cell and fabrication method thereof
CN108922970B (zh) 一种介孔型钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN111129315A (zh) 一种倒置平面异质结杂化钙钛矿太阳能电池及制备方法
CN108123046A (zh) 一种钙钛矿/n型晶体硅叠层太阳电池及其制造方法
CN109698251A (zh) 一种铁电增强型的太阳能电池及其制备方法
CN102142521A (zh) 有机太阳能电池及其制备方法
CN102394272A (zh) 一种增强有机聚合物太阳能电池效率的方法
CN107452879A (zh) 一种具有银/二氧化钛纳米复合材料致密薄膜的钙钛矿太阳能电池
Chen et al. Multilayer Cascade Charge Transport Layer for High‐Performance Inverted Mesoscopic All‐Inorganic and Hybrid Wide‐Bandgap Perovskite Solar Cells
CN104201285A (zh) 空穴传输体系不含有离子添加剂的钙钛矿太阳能电池
CN102324316B (zh) 一种复合光阳极及其制备方法
CN111211230B (zh) 一种全光谱吸收的多层钙钛矿/量子点太阳能电池器件及制备方法
Mashreghi et al. Improving perovskite/carbon interfacial contact in carbon based perovskite solar cells by changing two-step spin coating sequence

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20171208