CN206098167U - 钙钛矿太阳能电池结构 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种钙钛矿太阳能电池结构，从下至上依次为基板层、透明电极层、无机氧化物电子传输层、卤化物钙钛矿薄膜层、空穴传输层和银/碳复合纳米纤维后电极层。该钙钛矿太阳能电池结构通过银/碳复合纳米纤维材料作为后电极的设计，可实现减少后电极贵金属的使用量，进而降低电池结构的成本，有利于低成本高效率钙钛矿太阳能电池的产业化。

Description

钙钛矿太阳能电池结构
技术领域
本实用新型涉及电池技术领域，具体的说是涉及一种钙钛矿太阳能电池结构。
背景技术
自2009年钙钛矿太阳能电池被提出以来，其性能取得飞跃式的发展。2013年，钙钛矿太阳能电池被Science评为国际十大科技进展之一。截至目前，钙钛矿太阳能电池光电转换效率已经接近22％，逐步逼近其理论光电转换效率。在不久的未来，钙钛矿太阳能电池有望大规模产业化，而服务于人类的生产与生活。
值得注意的是，材料成本是限制钙钛矿太阳能电池产业化重要因素之一。要突破限制钙钛矿太阳能电池材料成本的瓶颈，寻找合适的钙钛矿太阳能电池电极材料是关键。通常情况下，钙钛矿太阳能电池主要是由导电玻璃、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层以及后电极等部分组成。其中，后电极材料多数以贵金属银为主。尽管贵金属银具有良好的物理性质和化学性质，用于钙钛矿太阳能电池的效果很好，但是其价格比较昂贵，在一定程度上制约了低成本高效率钙钛矿太阳能电池的实现。
发明内容
为了克服上述缺陷，本实用新型提供了一种钙钛矿太阳能电池结构，将碳纳米纤维与现有贵金属银相结合，开发性价比较高的银/碳复合纳米纤维电极材料，进而用于钙钛矿太阳能电池，突破了限制钙钛矿太阳能电池材料成本的瓶颈。
本实用新型为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种钙钛矿太阳能电池结构，所述钙钛矿太阳能电池结构从下至上依次为基板层、透明电极层、无机氧化物电子传输层、卤化物钙钛矿薄膜层、空穴传输层和银/碳复合纳米纤维后电极层。
作为本实用新型的进一步改进，所述基板层为玻璃层。
作为本实用新型的进一步改进，所述透明电极层为FTO或ITO薄膜。
作为本实用新型的进一步改进，所述无机氧化物电子传输层为TiO2或SnO2薄膜，厚度为30nm至60nm。
作为本实用新型的进一步改进，所述卤化物钙钛矿薄膜层为CH3NH3PbI3，厚度为400nm至600nm。
作为本实用新型的进一步改进，所述空穴传输层为Spiro-OMeTAD(2，2’，7，7’-四[N，N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9，9’-螺二芴)，厚度为250nm-450nm。
作为本实用新型的进一步改进，所述银/碳复合纳米纤维后电极层厚度为100nm，该银/碳复合纳米纤维后电极层中的银/碳复合纳米纤维直径为280nm-350nm。
本实用新型的有益效果是：该钙钛矿太阳能电池结构通过银/碳复合纳米纤维材料作为后电极的设计，可实现减少后电极贵金属的使用量，进而降低电池结构的成本，有利于低成本高效率钙钛矿太阳能电池的产业化。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图；
图2为本实用新型所述银/碳复合纳米纤维后电极层在四种放大2000倍数下的扫描电子显微镜照片；
图3为本实用新型所述银/碳复合纳米纤维后电极层在四种放大5000倍数下的扫描电子显微镜照片；
图4为本实用新型所述银/碳复合纳米纤维后电极层在四种放大50000倍数下的扫描电子显微镜照片；
图5为本实用新型所述银/碳复合纳米纤维后电极层在四种放大100000倍数下的扫描电子显微镜照片。
结合附图，作以下说明：
1——基板层
2——透明电极层
3——无机氧化物电子传输层
4——卤化物钙钛矿薄膜层
5——空穴传输层
6——银/碳复合纳米纤维后电极层
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型的一个较佳实施例作详细说明。但本实用新型的保护范围不限于下述实施例，即但凡以本实用新型申请专利范围及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本实用新型专利涵盖范围之内。
参阅图1，为本实用新型所述的一种钙钛矿太阳能电池结构，其从下至上依次为基板层1、透明电极层2、无机氧化物电子传输层3、卤化物钙钛矿薄膜层4、空穴传输层5和银/碳复合纳米纤维后电极层6。
其中，基板层1为玻璃层；透明电极层2为FTO薄膜或ITO薄膜；无机氧化物电子传输层3为TiO2薄膜或SnO2薄膜，厚度为30nm至60nm；卤化物钙钛矿薄膜层4为CH3NH3PbI3，厚度为400nm至600nm；空穴传输层5为Spiro-OMeTAD(2，2’，7，7’-四[N，N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9，9’-螺二芴)，厚度为250nm-450nm；银/碳复合纳米纤维后电极层6厚度为100nm，该银/碳复合纳米纤维后电极层中的银/碳复合纳米纤维直径为280nm-350nm。
本实用新型中的银/碳复合纳米纤维后电极层的银/碳复合纳米纤维采用静电纺丝技术制备，具体步骤为：
首先，采用静电纺丝技术制备银/碳复合纳米纤维。称取2.1g聚丙烯腈，置于样品瓶中。加入15mL(DMF)，搅拌直至完全溶解。称取0.5g硝酸银，缓慢加入到聚丙烯腈/DMF溶液中，搅拌直至硝酸银完全溶解，即可得得到制备银/碳复合纳米纤维前驱体溶液。调节施加电压、针头与接收板之间的距离，收集制备银/碳复合纳米纤维前驱体无纺布。将银/碳复合纳米纤维前驱体无纺布放入烘箱，恒温干燥。然后，将其置于马弗炉中，以升温速率为1℃/min，升温至320℃保温2h，并冷却至室温。然后，再在通入氮气的惰性气氛中，以升温速率为10℃/min，升温至900℃保温2h，并冷却至室温，即可得到银/碳复合纳米纤维。其次，通过旋涂法制备银/碳复合纳米纤维薄膜。将银/碳复合纳米纤维均匀分散在异丙醇溶液中。将均匀分散的银/碳复合纳米纤维/异丙醇溶液，滴加在已制作的玻璃基板层/FTO透明电极层/TiO2电子传输层/CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜层/Spiro-OMeTAD空穴传输层上，70℃、3000r/min，自旋20s，可得银/碳复合纳米纤维薄膜，即银/碳复合纳米纤维后电极层，其电子显微镜照片参阅图2-5。
碳纳米纤维是介于碳纳米管与普通碳纤维之间，由多层石墨片形成的纤维状碳材料。通常碳纳米纤维的直径在100至500nm之间，长度可达微米级，甚至是毫米级。碳纳米纤维具有优异的物理性质和化学性质：耐酸、耐碱性强，化学稳定性好、低密度、吸附性强、耐高温性好，导电性能高、机械性能好等等。另外，碳纳米纤维大规模生产线的实现，导致碳纳米纤维的产量已达到很高的水平。
因此，本实用新型将碳纳米纤维与现有贵金属银相结合，开发性价比较高的银/碳复合纳米纤维电极材料，进而用于钙钛矿太阳能电池，是突破限制钙钛矿太阳能电池材料成本瓶颈的有效方案，可实现减少后电极贵金属的使用量，进而降低电池结构的成本，有利于低成本高效率钙钛矿太阳能电池的产业化。

Claims (7)

1.一种钙钛矿太阳能电池结构，其特征在于：所述钙钛矿太阳能电池结构从下至上依次为基板层(1)、透明电极层(2)、无机氧化物电子传输层(3)、卤化物钙钛矿薄膜层(4)、空穴传输层(5)和银/碳复合纳米纤维后电极层(6)。
2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池结构，其特征在于：所述基板层为玻璃层。
3.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池结构，其特征在于：所述透明电极层为FTO或ITO薄膜。
4.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池结构，其特征在于：所述无机氧化物电子传输层为TiO2或SnO2薄膜，厚度为30nm至60nm。
5.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池结构，其特征在于：所述卤化物钙钛矿薄膜层为CH3NH3PbI3，厚度为400nm至600nm。
6.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池结构，其特征在于：所述空穴传输层为Spiro-OMeTAD(2，2’，7，7’-四[N，N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9，9’-螺二芴)，厚度为250nm-450nm。
7.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池结构，其特征在于：所述银/碳复合纳米纤维后电极层厚度为100nm，该银/碳复合纳米纤维后电极层中的银/碳复合纳米纤维直径为280nm-350nm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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