CN107845440B - 弱腐蚀碳浆、钙钛矿太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于制备钙钛矿太阳能电池的弱腐蚀碳浆，按照重量百分比计，弱腐蚀碳浆由2～20％的粘结剂、30～75％的有机溶剂、0～5％的辅助溶剂和20～40％的碳材料导电填料组成，粘结剂溶解在有机溶剂中；所述有机溶剂对钙钛矿太阳能电池的钙钛矿材料的溶解度低于0.1g，有机溶剂的沸点为大于60℃小于500℃；所述辅助溶剂对钙钛矿太阳能电池的钙钛矿材料的溶解度为大于0.1g，沸点为大于60℃小于500℃。该弱腐蚀碳浆不仅能够减少对钙钛矿薄膜的腐蚀，而且可以使所形成的碳电极与钙钛矿薄膜之间接触良好。本发明还提供了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，该钙钛矿太阳能电池的钙钛矿薄膜完整性更好，与碳电极之间接触良好。

Description

弱腐蚀碳浆、钙钛矿太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，特别涉及弱腐蚀碳浆、钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
背景技术
随着人口增加和工业化的发展，全球对能源的需求越来越大。但是目前能源枯竭和环境污染作为当今世界两大难题越来越严重。因此大力发展太阳能等清洁能源，替代煤、石油、天然气等化石能源是非常有必要的。随着时代的发展，清洁能源在整体能源供给体系中占有的比重会越来越大。钙钛矿太阳能电池因其优异的性能，从2009年首次将液态电解质CH3NH3PbBr3引入染料敏化太阳能电池，逐步发展成为钙钛矿太阳能电池，获得了广泛关注和快速发展，至今经认证效率已达到22.1％以上。传统的钙钛矿电池是由透明导电基底、半导体电子传输层(ETM)、钙钛矿材料形成的钙钛矿薄膜、空穴传输层(HTM)、阴极导电层组成。其中，空穴传输层主要是Spiro-MeOTAD及其衍生物等，阴极导电层主要是Ag、Au等贵金属。这两层的存在使得电池的价格昂贵、稳定性较差、并且不利于大面积生产。碳电极钙钛矿太阳能电池采用碳电极代替传统的金电极，不仅具有经济稳定的特点，而且在碳电极与钙钛矿薄膜之间不必设置空穴传输层(HTM)。因此研制碳电极钙钛矿太阳能电池具有重要意义，是工业化生产的需要。
目前制备碳电极钙钛矿薄膜主要有三种方法。第一种全印刷方式制备多孔结构的电子传输层、隔绝层、和碳电极层结构。从碳电极方向滴入钙钛矿溶液，然后加热使钙钛矿结晶。该种方法的优点是制备工艺简单，避免了高质量和钙钛矿薄膜难制备的问题。但该方法仍然存在着电池内部钙钛矿处于三相不稳定的界面，其长期稳定性有待考察。第二种是单独制备碳电极薄膜，在钙钛矿表面用热压的方法，使得钙钛矿与碳电极之间接触良好。但是该种方法制备复杂，不适合大面积工业化生产。第三种是在钙钛矿薄膜表面直接涂覆碳浆。该种方法的优点是钙钛矿与碳浆之间形成良好的结合，电池长期稳定性较好；其缺点是碳浆中溶剂对钙钛矿具有一定的腐蚀作用，可能会增加钙钛矿薄膜的不覆盖区域。目前的碳浆在防止对钙钛矿的腐蚀，避免增加钙钛矿不覆盖区域方面仍然存在一些问题。针对这一情况，有必要研制一款弱腐蚀碳浆。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于制备钙钛矿太阳能电池的弱腐蚀碳浆，其不仅能够减少对钙钛矿薄膜的腐蚀，而且可以使所形成的碳电极与钙钛矿薄膜之间接触良好。
本发明的目的还在于提供一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，该钙钛矿太阳能电池的钙钛矿薄膜完整性更好，与碳电极之间接触良好。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种用于制备钙钛矿太阳能电池的弱腐蚀碳浆，按照重量百分比计，由2～20％的粘结剂、30～75％的有机溶剂、0～5％的辅助溶剂和20～40％的碳材料导电填料组成，粘结剂溶解在有机溶剂中；所述有机溶剂对钙钛矿太阳能电池的钙钛矿材料的溶解度低于0.1g，有机溶剂的沸点为大于60℃小于500℃；所述辅助溶剂对钙钛矿太阳能电池的钙钛矿材料的溶解度为大于0.1g，沸点为大于60℃小于500℃。
优选地，所述有机溶剂为三氯甲烷、氯苯、乙二醇丁醚醋酸酯、丙二醛甲醚醋酸酯中的一种或多种。
优选地，所述辅助溶剂为异佛尔酮、乙二醇乙酰乙酸酯、丙二醛甲醚中的一种或多种。
优选地，所述有机溶剂和辅助溶剂混合后，对钙钛矿太阳能电池的钙钛矿材料的溶解度为0.1-0.5g
优选地，所述钙钛矿太阳能电池的钙钛矿材料为ABXnY3-n，A为MA(甲胺)、FA(甲脒)、5-AVA(5-异戊酸铵)或CS；B为Cu、Ni、Fe、Co、Mn、Cr、Cd、Sn、Pb、Pd、Ge、Eu或Yb；X为I、Br或Cl，Y为I、Br或Cl；0≤n≤3。
优选地，所述粘结剂为聚丙烯酸酯、聚氨酯类树脂。
优选地，碳材料导电填料包括石墨、炭黑、碳纤维、富勒烯、碳纳米管和石墨烯中的一种或多种的混合。
优选地，所述炭黑为空心或实心颗粒，粒径为20-1000nm。
优选地，所述石墨为片状材料，石墨的尺寸为5～50μm。
一种钙钛矿太阳能电池，其阴极是通过所述的弱腐蚀碳浆制备的碳电极。
优选地，碳电极与钙钛矿太阳能电池的钙钛矿薄膜之间形成10-50nm的交互层。
所述钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括步骤：
1)在透明导电基体上依次制备电子传输层和钙钛矿薄膜；
2)在钙钛矿薄膜上涂覆所述的弱腐蚀碳浆；
3)弱腐蚀碳浆干燥形成阴极。
优选地，步骤2)中，所述的涂覆为刮涂或丝网印刷。
优选地，步骤3)中，所述弱腐蚀碳浆干燥的温度为80-150℃，干燥时间为5-10min。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的用于制备钙钛矿太阳能电池的弱腐蚀碳浆，包括粘结剂、有机溶剂、辅助溶剂和碳材料导电填料，其中，有机溶剂对钙钛矿太阳能电池的钙钛矿材料的溶解度小于0.1g，因此可以避免对钙钛矿薄膜的过度腐蚀，有效保持钙钛矿薄膜的完整性，避免了因腐蚀过度增加不覆盖区域，增加了钙钛矿薄膜与碳电极之间的接触面积，有助于钙钛矿太阳能电池的性能的提高。同时，辅助溶剂对对钙钛矿太阳能电池的钙钛矿材料的溶解度为大于0.1g，其能够促进钙钛矿薄膜与碳电极之间的良好接触。
本发明提供的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，该钙钛矿太阳能电池的钙钛矿薄膜完整性更好，与碳电极之间接触良好。
附图说明
图1-1为在低倍下观察的商业碳浆制备的钙钛矿电池截面的扫面电镜图。
图1-2为在高倍下观察的商业碳浆制备的钙钛矿电池截面的扫面电镜图。
图2-1为在低倍下观察的弱腐蚀碳浆制备的钙钛矿电池截面的扫面电镜图。
图2-2为在高倍下观察的弱腐蚀碳浆制备的钙钛矿电池截面的扫面电镜图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
在FTO(掺氟氧化锡)基体上，依次制备致密TiO2电子传输层、MAPbI3钙钛矿薄膜。在钙钛矿薄膜上用刮刀法刮一层厚度约15μm的商业碳浆(JELCON CH-8)。
将制备好的电池放置在热板上加热15min，使溶剂挥发。采用扫面电镜测试并记录电池断面形貌如图1-1和图1-2所示，可以看出钙钛矿被腐蚀严重。
实施例2
在FTO基体上，依次制备致密TiO2电子传输层、MAPbI3钙钛矿薄膜。在钙钛矿薄膜上利用在钙钛矿薄膜上用刮刀法刮一层厚度约15μm的弱腐蚀钙钛矿碳浆。
将制备好的电池放置在热板上，加热15min，使溶剂挥发。电池断面形貌如图2-1和图2-2所示，可以看出钙钛矿和碳电极之间界面结合良好，并且钙钛矿腐蚀较弱。
实施例3 有机溶剂的选择
丙二醛甲醚醋酸酯溶解度的测定
1)在烧杯中加入4g溶质：PbI2和CH3NH3I(摩尔比是1:1)。
2)每次向烧杯中加入丙二醛甲醚醋酸酯为100mL。
3)每次加入丙二醛甲醚醋酸酯后在室温下搅拌1小时，静置一小时后观察是否还有残余的固体溶质。
4)最终，在加入丙二醛甲醚醋酸酯为4500mL时，静置后，发现无固体溶质残余。
实验结果表明，丙二醛甲醚醋酸酯对钙钛矿材料的溶解度小于0.1g。
丙二醛甲醚溶解度的测定
1)在烧杯中加入4g溶质：PbI2和CH3NH3I(摩尔比是1:1)。
2)每次向烧杯中加入丙二醛甲醚100mL。
3)加入丙二醛甲醚后在室温下搅拌1小时，静置一小时后观察是否还有残余的固体溶质剩余。
4)在加入丙二醛甲醚为1300mL时，静置后，发现无固体溶剂残余。
丙二醛甲醚对钙钛矿材料的溶解度大于0.1g小于10g。
实施例4 碳浆的制备
(1)将10g的丙二醛甲醚醋酸酯和0.5g的丙二醛甲醚混合，加入到2g的聚丙烯酸树脂中，在室温下搅拌2h，至溶液澄清。
(2)加入2g粒径为50nm的炭黑和8g尺寸为20μm的石墨。
(3)在球磨机中，球磨24h，球磨机转速为250r/min。
(4)球磨结束后，取出制备的碳浆。

Claims (10)

1.一种用于制备钙钛矿太阳能电池的弱腐蚀碳浆，按照重量百分比计，由2～20％的粘结剂、30～75％的有机溶剂、0～5％的辅助溶剂和20～60％的碳材料导电填料组成，粘结剂溶解在有机溶剂中；其特征在于，
所述有机溶剂对钙钛矿太阳能电池的钙钛矿材料的溶解度低于0.1g，有机溶剂的沸点为大于60℃小于500℃；
所述辅助溶剂对钙钛矿太阳能电池的钙钛矿材料的溶解度为大于0.1g，沸点为大于60℃小于500℃。
2.如权利要求1所述的用于制备钙钛矿太阳能电池的弱腐蚀碳浆，其特征在于，所述有机溶剂为三氯甲烷、氯苯、乙二醇丁醚醋酸酯、丙二醛甲醚醋酸酯中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的用于制备钙钛矿太阳能电池的弱腐蚀碳浆，其特征在于，所述辅助溶剂为异佛尔酮、乙二醇乙酰乙酸酯、丙二醛甲醚中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的用于制备钙钛矿太阳能电池的弱腐蚀碳浆，其特征在于，所述有机溶剂和辅助溶剂混合后，对钙钛矿太阳能电池的钙钛矿材料的溶解度为0.1-0.5g。
5.如权利要求1所述的用于制备钙钛矿太阳能电池的弱腐蚀碳浆，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池的钙钛矿材料为ABXnY3-n，A为MA、FA、5-AVA或CS；B为Cu、Ni、Fe、Co、Mn、Cr、Cd、Sn、Pb、Pd、Ge、Eu或Yb；X为I、Br或Cl，Y为I、Br或Cl；0≤n≤3。
6.如权利要求1所述的用于制备钙钛矿太阳能电池的弱腐蚀碳浆，其特征在于，所述粘结剂为聚丙烯酸酯或聚氨酯类树脂。
7.如权利要求1所述的用于制备钙钛矿太阳能电池的弱腐蚀碳浆，其特征在于，碳材料导电填料包括石墨、炭黑、碳纤维、富勒烯、碳纳米管和石墨烯中的一种或多种的混合。
8.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，钙钛矿太阳能电池的阴极是通过权利要求1～7任一项所述的弱腐蚀碳浆制备的碳电极。
9.如权利要求8所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，碳电极与钙钛矿薄膜之间具有10～50nm的交互层。
10.权利要求8或9所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括步骤：
1)在透明导电基体上依次制备电子传输层和钙钛矿薄膜；
2)在钙钛矿薄膜上涂覆权利要求1～7任一项所述的弱腐蚀碳浆；
3)弱腐蚀碳浆干燥形成阴极。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108878657B (zh) * 2018-06-30 2022-07-12 浙江天地环保科技股份有限公司 一种高效率碳基钙钛矿太阳能电池的制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102969076A (zh) * 2012-11-13 2013-03-13 苏州喜仁新材料科技有限公司 一种高性能超导碳浆及其制备方法
CN106252515A (zh) * 2016-09-06 2016-12-21 西安交通大学 一种含防渗透碳薄膜的高效稳定钙钛矿电池及其制备方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE0100927D0 (sv) * 2001-03-16 2001-03-16 Kth Holding Ab Oxygen reduction electrode
CN104134752B (zh) * 2014-07-08 2017-02-08 中国科学院物理研究所 钙钛矿太阳能电池及其热塑性碳对电极的制备方法
CN105244077B (zh) * 2015-11-04 2017-01-11 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种导电碳浆及其制备方法
CN105551572A (zh) * 2016-01-25 2016-05-04 宁波大学 一种碳对电极及制备方法及钙钛矿太阳能电池的制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102969076A (zh) * 2012-11-13 2013-03-13 苏州喜仁新材料科技有限公司 一种高性能超导碳浆及其制备方法
CN106252515A (zh) * 2016-09-06 2016-12-21 西安交通大学 一种含防渗透碳薄膜的高效稳定钙钛矿电池及其制备方法

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