CN110797463B - 一种碳对电极钙钛矿太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于钙钛矿太阳能电池领域，更具体地，涉及一种碳对电极钙钛矿太阳能电池及其制备方法。通过结合多孔碳层和导热石墨片的优点，在钙钛矿前驱液填充扩散均匀之后将图案化的导热石墨片附着于溶液表面，经过退火处理后钙钛矿晶体与石墨片通过分子间作用力结合在一起。通过添加的导热石墨片，一方面利用石墨片优异的电学性能降低整个碳对电极的方块电阻，另一方面，利用导热石墨片膜优异的热传导性能，将其与太阳能电池结构之外的导热材料连接，不仅使得太阳能电池温度分布更加均匀，而且可有效降低钙钛矿太阳能电池在工作时的温度，减小高温给钙钛矿太阳能电池带来的不利影响。

Description

一种碳对电极钙钛矿太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明属于钙钛矿太阳能电池领域，更具体地，涉及一种碳对电极钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
背景技术
近几年，钙钛矿太阳能电池研究风靡全球，目前经权威机构认证的最高电池效率已经突破22％，该效率超过传统薄膜太阳能电池的效率。与其它类型的太阳能电池相比，这类电池具有材料来源方便、制作工艺简单、设备要求不高以及电池成本低等优点。这些优点说明了钙钛矿太阳能电池具有代替高成本多晶硅及单晶硅太阳能电池的发展潜力。
然而用贵金属(金或铂)作为对电极的钙钛矿太阳能电池，因为贵金属材料的成本较高，而且需要真空蒸镀等高能耗的工艺来制备对电极，同时需要使用价格昂贵的空穴传输层等缺点，使得钙钛矿太阳能电池成本大幅增加。因此，寻求廉价可替代的对电极制备工艺也是钙钛矿太阳能电池领域研究的热点。
碳作为电极材料不仅具有结构多样性、化学稳定性和丰富的表面化学特性等特点，而且碳材料在地壳中含量丰富、价格低廉，同时碳与金的费米能级相似，是代替贵金属电极较好的选择。2013年，华中科技大学韩宏伟课题组首次制备了一种全印刷基于碳电极无空穴传输层介孔钙钛矿太阳能电池，取得了12.8％的认证效率和超过1000h性能无明显衰减的高稳定性，在国际上引起广泛关注，具有巨大应用前景(Science，2014，345，6194)。
碳电极无空穴传输层钙钛矿太阳能电池器件结构一般为透明导电基底/电子传输层/绝缘层/钙钛矿层/碳电极，其中碳电极作为电池的背电极，不仅是电池的重要组成部分，还具有空穴传输和构成电子回路的作用。因此，碳电极的性能会很大地影响着电池的性能。
考察碳电极无空穴传输层钙钛矿太阳能电池的碳电极性能好坏主要表现在两个方面，一是碳电极层的厚度，二是碳电极层的方块电阻。首先，碳电极层的厚度对钙钛矿前驱液的填充有影响，太厚的碳电极层导致钙钛矿前驱液的填充不均匀，因此，理想的碳电极层厚度宜薄；但是碳电极层的方块电阻也与厚度直接相关，对于确定的碳电极层材料而言，碳电极层的方块电阻是随着碳电极层的厚度的增大而减少。可见，碳电极层的厚度和面电阻是一对矛盾体，要想获得优异的碳电极性能，就必须对碳电极层的厚度和面电阻进行合理优化。另一方面，钙钛矿太阳能电池过高的温度导致其光电转换效率出现一定的衰减同时影响其长期稳定性，降低钙钛矿太阳能电池的工作温度也是一个亟需解决的难题。
专利CN107146847A公开了一种碳对电极钙钛矿太阳能电池，其结合多孔碳层和低温碳层的双碳层，一定程度上解决了碳电极层的厚度和面电阻的矛盾，然而，该钙钛矿太阳能电池需在结晶完成的钙钛矿电池上印刷低温碳层，一方面低温碳浆料中的溶剂或其他添加剂成分容易对钙钛矿晶体产生不利影响，另一方面印刷的工艺过程容易对多孔膜产生机械损伤。此外，该钙钛矿太阳能电池在户外接受光照工作时会发热而上升至过高的温度，从而导致其光电转换效率出现一定的衰减同时影响工作寿命。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种碳对电极钙钛矿太阳能电池及其制备方法，其通过在多孔碳层表面扩散均匀的钙钛矿前驱液表面设置图案化的石墨片，使该石墨片附着于溶液表面，经过溶液退火、钙钛矿结晶之后石墨片、钙钛矿晶体与多孔碳层通过分子间作用力粘结在一起，由此省去了现有技术中在钙钛矿结晶之后在进行印刷的工艺步骤，同时利用石墨片优异的导热性能将电池工作时产生的部分热量传导至外部散热装置来降低电池工作温度，解决现有技术的钙钛矿太阳能电池因工作温度高导致的光电性能衰减和工作寿命问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种碳对电极钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
(1)在透明导电基底上依次制备致密层、光阳极介孔层和绝缘层；
(2)在步骤(1)所述绝缘层上制备第一碳层；
(3)将钙钛矿前驱液转移至步骤(2)所述第一碳层表面；所述第一碳层为多孔碳层；
(4)在所述第一碳层表面制备第二碳层，所述第二碳层为图案化的石墨片，得到碳对电极钙钛矿太阳能电池。
优选地，步骤(1)所述致密层为TiO2致密层，光阳极介孔层为TiO2介孔层；所述绝缘层为ZrO2层。
优选地，步骤(2)具体为：将碳浆料通过丝网印刷机印刷在所述绝缘层上，然后在380-450℃下烧结得到所述第一碳层。
优选地，印刷所述碳浆料的网板的目数大小为150目-500目。
优选地，所述碳浆料的制备方法为：将石墨、碳黑和有机高分子造孔粘结剂混合以后，加入溶剂，球磨得到所述碳浆料。
优选地，所述碳浆料中石墨的颗粒大小为200nm-30μm。
优选地，步骤(3)具体包括如下步骤：将制备好的钙钛矿前驱液通过滴涂法或涂布转移至所述第一碳层之上。
优选地，步骤(4)具体包括如下步骤：
(4-1)待第一碳层表面的钙钛矿前驱液扩散至均匀分布后，将图案化的石墨片放置于第一碳层上的溶液表面，通过浸润过程所述钙钛矿前驱液填充至各层多孔薄膜层中，所述各层多孔薄膜层包括所述第一碳层、所述绝缘层以及所述光阳极介孔层；
(4-2)待钙钛矿前驱液充分浸润之后，退火处理使钙钛矿前驱液结晶，结晶后所述石墨片与所述第一碳层通过结晶的钙钛矿发生粘结，获得碳对电极钙钛矿太阳能电池；其中所述图案化的石墨片有利于钙钛矿前驱液结晶时其溶剂挥发完全。
优选地，所述图案化的石墨片的厚度为1μm-1000μm。
优选地，所述图案化的石墨片的厚度为20-100μm。
优选地，所述图案化的石墨片为图案化的聚酰亚胺膜碳化石墨片。
优选地，步骤(4-2)所述退火温度为30-180℃。
按照本发明的另一个方面，提供了一种所述的制备方法制备得到的碳对电极钙钛矿太阳能电池。
优选地，所述钙钛矿太阳能电池自下而上包括透明导电基底、致密层、光阳极介孔层、绝缘层、第一碳层和第二碳层，所述第一碳层为多孔碳层，所述第二碳层为图案化的石墨片。
优选地，所述第一碳层的厚度为1-50μm。
优选地，所述第一碳层的厚度为5-20μm。
优选地，所述第二碳层的厚度为1μm-1000μm。
优选地，所述第二碳层的厚度为20-100μm。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明通过结合多孔碳层和石墨片的优点，薄的多孔碳层保证钙钛矿溶液填充均匀的同时也大大减少钙钛矿前驱液的填充量，在填充扩散均匀之后将一层石墨片附着于溶液表面，经过溶液退火后钙钛矿结晶之后二者通过分子间作用力粘结在一起。通过添加的导热石墨片，一方面石墨片优异的电学性能降低整个碳对电极的方块电阻，以满足空穴的横向传输需求，这样在保证电极性能的基础上，还可以大大减少对环境具有潜在威胁的钙钛矿填充量，由此解决现有技术中的钙钛矿太阳能电池的碳电极的碳层厚度与面电阻之间的矛盾，以获得较好的电极性能，并解决填充大量钙钛矿前驱液时导致工业化时环境污染严重的技术问题；另一方面，利用石墨片优异的热传导性能，将其与太阳能电池结构之外的导热材料连接，可有效降低钙钛矿太阳能电池在工作时的温度，减小高温给钙钛矿太阳能电池带来的不利影响。
(2)本发明设计的钙钛矿太阳能电池结构中多孔碳层(第一碳层)厚度可降低至2-3μm，远低于普通的碳层(厚度在10μm以上)，可以有效降低钙钛矿前驱液的填充量，从以往的5μL降低到3μL甚至更低。因为钙钛矿前驱液中可能含有铅等有害物质，所以减少填充量不但可以降低成本，还可以减少将来工业化生产中对环境造成的污染。
(3)本发明设计的钙钛矿太阳能电池结构中导热石墨片层极大地弥补了多孔碳层(第一碳层)厚度小、方阻大的缺点。第一碳层仅仅作为空穴的纵向传输介质，所以方阻对其影响很小，而之后增加的导热石墨片层厚度可增至毫米级，方阻理论上可小于1Ω，极其有利于空穴的横向传输。
(4)本发明设计的钙钛矿太阳能电池结构中的导热石墨片层具有优良的导热性能且作为太阳能电池的电极，与电池的整个工作部分充分接触，通过导热石墨片层与其他导热材料相连接，可以有效降低电池在户外工作时的温度，有利于提高太阳能电池的性能及长期稳定性。
(5)本发明的钙钛矿太阳能电池结构生产工艺简单、材料成本低廉，通过降低碳对电极的方块电阻进而降低太阳能电池器件的串联电阻，能大大减少钙钛矿溶液的填充量，而且可以导出太阳能电池工作时产生的热量以降低电池工作温度。该结构是一种环境友好型、具有很大发展潜力和市场前景的新型太阳能电池结构。
附图说明
图1是本发明实施例1的碳对电极钙钛矿太阳能电池的截面结构示意图。
图2是本发明实施例2的碳对电极钙钛矿太阳能电池的俯视结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供了一种碳对电极钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
(1)在透明导电基底上依次制备致密层、光阳极介孔层和绝缘层；
(2)在步骤(1)所述绝缘层上制备第一碳层；
(3)将钙钛矿前驱液转移至步骤(2)所述第一碳层表面；所述第一碳层为多孔碳层；
(4)在所述第一碳层表面制备第二碳层，所述第二碳层为图案化的石墨片，得到碳对电极钙钛矿太阳能电池。
一些实施例中，步骤(2)具体为：将碳浆料通过丝网印刷机印刷在所述绝缘层上，然后在380-450℃下烧结得到所述第一碳层；这里碳浆料也称之为高温碳浆料。印刷所述高温碳浆料的网板的目数大小优选为150目-500目。
一些实施例中，所述高温碳浆料的制备方法为：将石墨、碳黑和有机高分子造孔粘结剂混合以后，加入溶剂，球磨得到所述高温碳浆料；所述高温碳浆料中石墨的颗粒大小优选为200nm-30μm。
优选实施例中，所述高温碳浆料的制备方法包括如下步骤：
S1将碳黑、石墨、有机高分子造孔粘结剂按照质量比10-0：0-10：5-1混合，得到混合碳材料；然后加入溶剂，其中溶剂的质量占混合碳材料质量的20％-50％；
S2加入无水乙醇，直至使所述混合碳材料和所述溶剂溶解；
S3在球磨机中采用时速为200-350r/h的球磨机球磨8-24h；
S4使用旋转蒸发仪旋蒸去除乙醇，得到所述的高温碳浆料。
一些实施例中，步骤(3)具体包括如下步骤：将制备好的钙钛矿前驱液通过滴涂法或涂布转移至所述第一碳层之上。
优选实施例中，步骤(3)具体包括如下步骤：将制备好的钙钛矿前驱液通过滴涂法滴至所述第一碳层边缘，使其填充至各层多孔薄膜层中。
优选实施例中，在所述钙钛矿前驱液填充工序中，将待填充的器件置于平整面上，并从所述第一碳层边缘处滴入钙钛矿前驱液，填充后静置一段时间使所述钙钛矿前驱液能够均匀充分填充，优选静置时间为10min至1h。
一些实施例中，步骤(4)具体包括如下步骤：
(4-1)待第一碳层表面的钙钛矿前驱液扩散至均匀分布后，将与所述第一碳层尺寸相同或相近的图案化的石墨片放置于第一碳层上的溶液表面，通过浸润过程所述钙钛矿前驱液填充至各层多孔薄膜层中，所述各层多孔薄膜层包括所述第一碳层、所述绝缘层以及所述光阳极介孔层；
(4-2)待钙钛矿前驱液充分浸润之后，退火处理使钙钛矿前驱液结晶，结晶过程中所述石墨片与所述第一碳层通过结晶的钙钛矿发生粘结，获得碳对电极钙钛矿太阳能电池。其中所述图案化的石墨片有利于钙钛矿前驱液结晶时其溶剂挥发完全。
本发明所述的石墨片可以为各种纯石墨片，比如聚酰亚胺碳化石墨片。本发明所述聚酰亚胺膜碳化石墨片为将10-1000um的聚酰亚胺膜置于石墨化炉抽真空后通入惰性气体，经过程序升温至500-5000℃、升温期间控制内部压力为0.6atm-5atm下，经过碳化过程得到，其厚度为1-1000um。
本发明图案化的石墨片其图案可以为点阵状均匀分布的阵列，也可以为梳齿状或其他不规则形状。图案化处理的目的是使得石墨片下面的溶剂可以通过石墨片中的镂空孔蒸发出去，保证钙钛矿的结晶完成。一些实施例中，所述图案化的石墨片为图案化处理的聚酰亚胺膜碳化石墨片。所述聚酰亚胺膜碳化石墨片被激光、模切等常规图案化工艺进行图案化处理。
一些实施例中，步骤(4-2)所述退火温度为30-180℃。
本发明还提供了一种根据所述的制备方法制备得到的碳对电极钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池自下而上包括透明导电基底、致密层、光阳极介孔层、绝缘层、第一碳层和第二碳层，所述第一碳层为多孔碳层，所述第二碳层为图案化石墨片。
一些实施例中，所述第一碳层的厚度为1-50μm，优选为5-20μm。优选实施例中所述第一碳层的厚度为1-15μm。进一步优选地，所述第一碳层的厚度为1-4μm。
一些实施例中，所述第二碳层的厚度为1μm-1000μm，优选为20-100μm。
一些实施例中，所述透明导电基底为FTO或者ITO；致密层为TiO2致密层，光阳极为TiO2介孔层；所述绝缘层为ZrO2层。制备时，先在透明导电基底上喷涂法制备一层TiO2致密层，这里的喷涂法比如热喷雾分解。然后在所述致密层上通过丝网印刷依次制备一层TiO2介孔层和一层ZrO2绝缘层；然后按照上述方法在所述绝缘层上制备第一碳层。
一些实施例中，本发明所述的致密层厚度0.1-500nm，光阳极介孔层厚度为100-2000nm，绝缘层厚度为0.1-5000nm。
实际上，本发明所述的钙钛矿太阳能电池还包括分布在所述透明导电基底、光阳极、绝缘层和第一碳层各层孔隙中的钙钛矿，所述钙钛矿由钙钛矿前驱液经退火处理后得到。
一些实施例中，本发明所述钙钛矿前驱液的填充量为2-4.5μL。
本发明所述的钙钛矿前驱液是指在溶剂挥发完全之后可以形成钙钛矿晶型材料的溶液，通常包含钙钛矿前驱体材料，具体来说，包含碘化铅、溴化铅、氯化铅、碘化锡、溴化锡、氯化锡中的一种或几种，碘甲胺、氯甲胺、溴甲胺中的一种或几种，所使用的溶剂一般为γ丁内酯，二甲亚砜，氮氮二甲基甲酰胺等。
一些实施例中，本发明所述钙钛矿晶型材料为有机金属卤化物，其化学分子式表示为ABX3，其中A为有机基团，B为金属阳离子，X为卤素阴离子。
一些实施例中，本发明的钙钛矿太阳能电池使用时，将最外层的石墨片与太阳能电池外部的散热座通过导热线直接连接，起到及时散热的作用。
本发明通过将聚酰亚胺膜碳化石墨片放在滴涂有钙钛矿前驱液的第一碳层表面，使得聚酰亚胺膜碳化石墨片附着于钙钛矿前驱液的溶液表面，经过溶液退火、钙钛矿结晶之后第一碳层和第二碳层(石墨片)以及钙钛矿晶体通过分子间作用力粘结在一起。本发明通过添加的导热石墨片，一方面利用石墨片优异的电学性能降低整个碳对电极的方块电阻，以满足空穴的横向传输需求，这样在保证电极性能的基础上，还可以大大减少对环境具有潜在威胁的钙钛矿填充量，由此解决现有技术中的钙钛矿太阳能电池的碳电极的碳层厚度与面电阻之间的矛盾，以获得较好的电极性能，并解决填充大量钙钛矿前驱液时导致工业化时环境污染严重的技术问题；另一方面，利用导热石墨片优异的热传导性能，将其与太阳能电池结构之外的导热材料连接，可有效降低钙钛矿太阳能电池在工作时的温度，减小高温给钙钛矿太阳能电池带来的不利影响。本发明制备的碳对电极钙钛矿太阳能电池，其最外层的第二碳层，不仅起到了解决碳电极的碳层厚度与面电阻之间的矛盾的作用，而且通过特定的制备工艺，使得其在不引入其他粘结剂的情况下很好地解决了该太阳能电池的热传导问题。
导热石墨片图案化是为了便于钙钛矿结晶时的溶剂挥发完全，如果不图案化，整块的石墨片直接覆盖在钙钛矿溶液上，退火时溶剂不能挥发则不能形成钙钛矿晶体。
本发明解决现有钙钛矿太阳能电池的散热问题并非简单地通过粘结剂粘结散热片的形成来实现，而是通过巧妙地设计第二碳层石墨片与第一碳层的组装方法，不仅达到良好的散热效果，而且还没有引入粘结剂、溶剂等物质影响钙钛矿晶体本身的质量以及碳对电极的方阻，进而影响该太阳能电池的性能。如果采用粘结剂直接将石墨片粘接到已经结晶的钙钛矿晶体表面，即第一碳层表面，那么一方面粘结剂物质本身的化学性质以及其固化的过程会影响已经结晶好的钙钛矿的性能；另一方面，采用粘结剂本身最妨碍热传导，更会直接导致石墨片与第一碳层以及钙钛矿晶体之间的电学隔绝，那么石墨片就不能起到改善电极方块电阻的效果。
本发明公开了一种新型基于碳电极全固态可印刷钙钛矿太阳能电池及其制备方法，即通过印刷或者涂布技术制备TiO2工作电极、绝缘层、对电极，其中对电极包含380-450℃烧结的多孔碳层以及附着在其上的石墨片。该结构生产工艺简单、材料成本低廉，通过降低碳对电极的方块电阻进而降低太阳能电池器件的串联电阻，而且能改善钙钛矿溶液的填充均匀性以及更好的控制结晶状况。该结构是一种环境友好型、具有很大发展潜力和市场前景的新型太阳能电池结构。
以下为实施例：
实施例1
(1)使用切割机将导电玻璃切割成一定尺寸的玻璃片，例如本实施例中优选尺寸为100mm×100mm，但也可以是其他尺寸，使用激光器在玻璃片导电层上距离其中一边边缘一定距离处刻蚀一条与该边平行的绝缘带(本实施例中优选例如距离边缘5mm)，并在剩下的区域刻蚀多条平行的绝缘带把玻璃片分割成多个区域，例如本实施例中优选为再刻蚀4条平行绝缘带从而将玻璃片分割成五个正极区域和负极区域，使得导电层不能完全导通，刻蚀之后的玻璃片依次用洗涤剂、蒸馏水、无水乙醇超声清洗。对于正极区域或负极区域的尺寸特别是其宽度，可以根据实际需要进行具体选择，例如在本实施例中，正极区域尺寸优选为5mm×100mm，负极区域优选尺寸为19mm×100mm，但本发明中并不限于此。
(2)于450℃下在玻璃片的负极区域表面喷涂一层致密的TiO2薄膜。
(3)在上述的TiO2致密层上印刷一层一定尺寸的TiO2浆料，烘干，在500℃条件下烧结。
(4)在上述TiO2介孔层上印刷一定尺寸的ZrO2浆料，使得ZrO2完全覆盖住TiO2介孔层为宜，烘干。
(5)使用400目的网板在所述ZrO2绝缘层表面印刷一层石墨颗粒大小为8μm的高温碳浆料，使该浆料全部覆盖在ZrO2绝缘层上，然后烧结形成多孔状的碳对电极。碳浆料的尺寸不限，只要使得其仅仅覆盖在所述ZrO2绝缘层上即可。高温碳层(第一碳层)厚度约为10μm。
其中高温碳浆料的制备方法为：称量质量比2：2：1的碳黑、6μm石墨、有机高分子粘结剂(乙基纤维素)混合在一起，转移至球磨机中；称量碳材料(碳黑、石墨和有机高分子粘结剂的总质量):松油醇质量比为1：5，添加至球磨机中；称量合适体积的无水乙醇至球磨机中，将以上所有材料溶解；在时速为200r/h的球磨机球磨24h；使用旋转蒸发仪升降压将无水乙醇蒸发出来，得到高温碳浆料。
(6)取碘化钾铵0.438g和碘化铅1.314g混合溶于3mLγ-丁内酯中(0.84mol/L)，60℃下搅拌得到钙钛矿前驱液，待用。将印刷处理过的一整块器件置于平整桌面上，通过滴涂的方法在绝缘层边缘处将钙钛矿前驱液滴入，本实施例中填充量为3μL，盖住静置一段时间，使前驱液能够均匀充分扩散到第一碳层整个表面。
(7)将25μm厚的导热石墨片膜的外形裁剪成与第一碳层相同尺寸，待第一碳层表面的钙钛矿前驱液扩散至均匀分布后，将导热石墨片膜放置于第一碳层表面溶液之上，之后继续静置使其通过浸润过程使其填充至各层多孔薄膜层中，所述各层多孔薄膜层包括所述第一碳层、所述ZrO2绝缘层、所述TiO2介孔层以及所述致密层；待钙钛矿充分浸润之后，将太阳能电池在50摄氏度下进行退火完成制备，制得的太阳能电池示意图如图1所示。
实施例2
本实施例中，步骤(1)、(2)、(3)、(4)、(5)和(6)同实施例1。
(7)将25μm厚的导热石墨片膜的外形裁剪成与第一碳层相同尺寸，采用激光工艺将石墨片进行图案化成梳齿状，如图2所示，待第一碳层表面的钙钛矿前驱液扩散至均匀分布后，将导热石墨片放置于第一碳层表面溶液之上，之后继续静置使其通过浸润过程使其填充至各层多孔薄膜层中，所述各层多孔薄膜层包括所述第一碳层、所述ZrO2绝缘层、所述TiO2介孔层以及所述致密层；待钙钛矿充分浸润之后，将太阳能电池在50摄氏度下进行退火完成制备。
本发明通过结合多孔碳层和导热石墨片的优点，薄的多孔碳层保证钙钛矿溶液填充均匀的同时也大大减少钙钛矿前驱液的填充量，在填充扩散均匀之后将图案化的导热石墨片附着于溶液表面，经过退火处理后钙钛矿晶体与石墨片通过分子间作用力结合在一起。通过添加的导热石墨片，一方面利用石墨片优异的电学性能降低整个碳对电极的方块电阻，解决现有的钙钛矿太阳能电池的碳电极的碳层厚度与面电阻之间的矛盾；另一方面，利用导热石墨优异的热传导性能，将其与太阳能电池结构之外的导热材料连接，一方面使得太阳能电池温度分布更加均匀，另一方面可有效降低钙钛矿太阳能电池在工作时的温度，减小高温给钙钛矿太阳能电池带来的不利影响。
对本发明实施例制备得到的碳对电极钙钛矿太阳能电池，与专利CN107146847A公开的碳对电极钙钛矿太阳能电池进行工作温度测试，在相同的条件下，在标准太阳光下工作1个小时后，测试得到本发明的钙钛矿太阳能电池温度为60℃，而专利CN107146847A太阳能电池温度为70℃。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种碳对电极钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在透明导电基底上依次制备致密层、光阳极介孔层和绝缘层；
(2)在步骤(1)所述绝缘层上制备第一碳层；
(3)将钙钛矿前驱液转移至步骤(2)所述第一碳层表面；所述第一碳层为多孔碳层；
(4)在所述第一碳层表面制备第二碳层，所述第二碳层为图案化的石墨片，得到碳对电极钙钛矿太阳能电池；具体为：
(4-1)待第一碳层表面的钙钛矿前驱液扩散至均匀分布后，将图案化的石墨片放置于第一碳层上的溶液表面，通过浸润过程所述钙钛矿前驱液填充至各层多孔薄膜层中，所述各层多孔薄膜层包括所述第一碳层、所述绝缘层以及所述光阳极介孔层；
(4-2)待钙钛矿前驱液充分浸润之后，退火处理使钙钛矿前驱液结晶，结晶后所述石墨片与所述第一碳层通过结晶的钙钛矿发生粘结，获得碳对电极钙钛矿太阳能电池；其中所述图案化的石墨片有利于钙钛矿前驱液结晶时其溶剂挥发完全。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述致密层为TiO2致密层，光阳极介孔层为TiO2介孔层；所述绝缘层为ZrO2层；步骤(2)具体为：将碳浆料通过丝网印刷机印刷在所述绝缘层上，然后在380-450℃下烧结得到所述第一碳层。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)具体包括如下步骤：将钙钛矿前驱液通过滴涂法或涂布转移至所述第一碳层之上。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述图案化的石墨片的厚度为1μm-1000μm。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述图案化的石墨片为图案化的聚酰亚胺膜碳化石墨片。
6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(4-2)所述退火温度为30-180℃。
7.如权利要求1至6任一项所述的制备方法制备得到的碳对电极钙钛矿太阳能电池。
8.如权利要求7所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池自下而上包括透明导电基底、致密层、光阳极介孔层、绝缘层、第一碳层和第二碳层，所述第一碳层为多孔碳层，所述第二碳层为图案化的石墨片。
9.如权利要求8所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第一碳层的厚度为1-50μm；所述第二碳层的厚度为1μm-1000μm。
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