Co雜多酸為空穴傳輸層的鈣鈦礦電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鈣鈦礦電池。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)能源的日益耗竭以及由消耗化石燃料引起的全球環(huán)境問題已經(jīng)嚴(yán)重制約著 人類的生存和社會的發(fā)展，尋求可再生的清潔能源已經(jīng)成為迫在眉睫的問題。太陽能作為 一種可再生的能源不僅蘊(yùn)藏豐富，而且不會造成污染，使用安全。太陽能光伏技術(shù)是一種有 效的太陽能利用方式之一，經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)取得了一定的突破，并且傳統(tǒng)的硅基太陽 能電池已經(jīng)實現(xiàn)部分的商業(yè)化應(yīng)用，但是由于其生產(chǎn)技術(shù)苛刻，成本較高，因此長期以來未 能廣泛推廣，其它太陽能光伏技術(shù)如燃料敏化太陽能電池（DSSC)、量子點(diǎn)太陽能電池 (QDSC)、有機(jī)太陽能電池(0PV)等受制于效率提升緩慢、不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，一直以來也未能取 得廣泛的實際應(yīng)用。
[0003] 鈣鈦礦太陽能電池自2009年誕生以來，受到各國科學(xué)家的廣發(fā)關(guān)注，經(jīng)過短短幾 年的發(fā)展，效率已經(jīng)突破20%以上，但距其50%的理論效率還有很大的差距，而且鈣鈦礦電 池制備容易，可溶液加工，成本較低，制備材料來源豐富等等，是當(dāng)今非常有前景的太陽能 光伏技術(shù)之一。目前，文獻(xiàn)報道的高效鈣鈦礦太陽能電池均是以一種大分子有機(jī)物(Spiro-OMeTAD)為空穴傳輸層材料，而其制備及提純工藝復(fù)雜，成本較高，電池穩(wěn)定性差等限制了 鈣鈦礦電池的長期發(fā)展和實際應(yīng)用，其它的無機(jī)、有機(jī)空穴傳輸層材料電池以及無空穴傳 輸層材料的電池，其效率、穩(wěn)定性和可成膜性遠(yuǎn)不及Spiro-OMeTAD為空穴傳輸層材料的電 池，因此開發(fā)低價、高效、穩(wěn)定、容易加工的新型空穴傳輸層材料對于推動鈣鈦礦電池的發(fā) 展具有重要深遠(yuǎn)的實際意義。
[0004] 雜多酸是一類多金屬的氧酸鹽，種類豐富，結(jié)構(gòu)多樣，在催化、醫(yī)藥、光伏等領(lǐng)域已 有諸多應(yīng)用，其骨架上的過渡金屬元素具有較強(qiáng)的給電子能力，因此具有一定的空穴傳輸 特性，而且可以通過改變反荷離子進(jìn)而改變其在不同溶劑中的溶解特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的鈣鈦礦太陽能電池的空穴傳輸層材料的制備和提純工 藝復(fù)雜、成本較高，電池穩(wěn)定性差的技術(shù)問題，而提供一種以SiWnCo雜多酸為空穴傳輸層的 鈣鈦礦電池。
[0006] 本發(fā)明的一種以SiWnCo雜多酸為空穴傳輸層的鈣鈦礦電池由下至上依次是導(dǎo)電 電極、電子傳輸層、1丐鈦礦吸光劑層、SiWnCo雜多酸空穴傳輸層和金屬電極。
[0007] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明中SiWnCo雜多酸空穴傳輸層通過改變反荷粒子的種 類，除可用原子層沉積、磁控濺射、熱蒸發(fā)沉積之外，還可以實現(xiàn)溶液旋涂法制備，另外該物 質(zhì)在空氣中穩(wěn)定，價格便宜。
【附圖說明】
[0008] 圖1為本發(fā)明的以SiWnCo雜多酸為空穴傳輸層的鈣鈦礦電池的結(jié)構(gòu)示意圖，1為導(dǎo) 電電極、2為電子傳輸層、3為|丐鈦礦吸光劑層、4為SiWnCo雜多酸空穴傳輸層，5為金屬電極；
[0009] 圖2是試驗一的以SiWnCo雜多酸為空穴傳輸層的鈣鈦礦電池的I-V曲線圖；
[0010] 圖3為試驗一制備的SiWnCo雜多酸的XRD譜圖。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0011] 一:本實施方式為一種以SiWnCo雜多酸為空穴傳輸層的鈣鈦礦電 池，以SiWnCo雜多酸為空穴傳輸層的鈣鈦礦電池由下至上依次是導(dǎo)電電極、電子傳輸層、鈣 鈦礦吸光劑層、SiWnCo雜多酸空穴傳輸層和金屬電極。
【具體實施方式】 [0012] 二:本實施方式與一的不同點(diǎn)是:所述的SiWnCo雜多 酸空穴傳輸層的制備方法如下：
[0013]用70mL的去離子水溶解13g的K8SiWn039.nH 20缺位型雜多酸，然后在40°C7K浴加熱 和攪拌的條件下滴加6mL濃度為0.7mo 1 /L的Co (N〇3) 2溶液，在40°C水浴加熱和攪拌的條件下 反應(yīng)10min后，在40°C水浴加熱和攪拌的條件下加入5g的KC1產(chǎn)生沉淀，在40°C水浴加熱和 攪拌的條件下反應(yīng)5min后過濾得到沉淀，將沉淀全部溶于100mL的去離子水中得到粉紅色 溶液，將粉紅色溶液轉(zhuǎn)移到分液漏斗中，加入20mL乙醚，逐滴加入50mL~60mU^H 2S〇4水溶 液，充分振蕩，靜置自然分成三層，分離下層的雜多酸醚合物，在空氣中吹氣脫醚3h，最后在 3°C~5°C的冰箱中重結(jié)晶30min，得到SiWnCo雜多酸;將SiWnCo雜多酸溶解于異丙醇，得到 lmg/mL~70mg/mL的SiWnCo雜多酸溶液;然后在|丐鈦礦吸光劑層上旋涂5mg/mL的SiWnCo雜 多酸溶液，得到厚度為lnm~250nm的SiWnCo雜多酸空穴傳輸層。其他與【具體實施方式】一相 同。
【具體實施方式】 [0014] 三:本實施方式與一或二的不同點(diǎn)是:所述的電子傳 輸層由下至上是致密層和介孔層，致密層的厚度為20nm~100nm，介孔層的厚度為100nm~ 500nm。其他與一或二相同。
【具體實施方式】 [0015] 四：本實施方式與一至三的不同點(diǎn)是:所述的鈣鈦礦 吸光劑層的厚度為300nm~500nm。其他與一至三相同。
【具體實施方式】 [0016] 五:本實施方式與一至三的不同點(diǎn)是:所述的導(dǎo)電電 極為FT0導(dǎo)電玻璃或ΙΤ0導(dǎo)電玻璃。其他與一至三相同。
【具體實施方式】 [0017] 六:本實施方式與一至三的不同點(diǎn)是:所述的金屬電 極為金電極，厚度為40nm~100nm。其他與一至三相同。
[0018]通過以下試驗驗證本發(fā)明的有益效果：
[0019] 試驗一:本試驗為一種以SiWnCo雜多酸為空穴傳輸層的鈣鈦礦電池，以SiWnCo雜 多酸為空穴傳輸層的鈣鈦礦電池由下至上依次是導(dǎo)電電極、電子傳輸層、鈣鈦礦吸光劑層、 SiWnCo雜多酸空穴傳輸層和金屬電極。
[0020] 本試驗的以SiWnCo雜多酸為空穴傳輸層的鈣鈦礦電池的制備方法:導(dǎo)電玻璃FT0 經(jīng)過洗滌劑，丙酮、異丙醇，去離子水超聲清洗15min，吹干后，用氧等離子體清洗10min，然 后旋涂50nm左右的致密層二氧化鈦，500°C退火30min，然后旋涂300nm的介孔層二氧化鈦， 500°C退火30min，冷卻后，用20mM的TiCl4水溶液在80°C下鈍化處理30min，用去離子水，乙 醇清洗，在500°C下加熱30min，冷卻后，旋涂462mg/mL的碘化鉛的DMF溶液，5秒旋涂6000轉(zhuǎn)， l〇〇°C干燥lOmin后，冷卻，在lOmg/mL的甲基碘化胺溶液中浸泡20秒，然后在100°C退火 20min，冷卻后，旋涂5mg/mL的SiWnCo異丙醇溶液，20s旋涂4000轉(zhuǎn)，真空蒸鍍lOOnm的金電 極，掃描速度為l〇〇mV/ S。
[0021]所述的SiWnCo雜多酸空穴傳輸層的制備方法如下：
[0022]用70mL的去離子水溶解13g的K8SiWn039.nH20缺位型雜多酸，然后在40°C水浴加熱 和攪拌的條件下滴加6mL濃度為0.7mo 1 /L的Co (N〇3) 2溶液，在40°C水浴加熱和攪拌的條件下 反應(yīng)lOmin后，在40°C水浴加熱和攪拌的條件下加入5g的KC1產(chǎn)生沉淀，在40°C水浴加熱和 攪拌的條件下反應(yīng)5min后過濾得到沉淀，將沉淀全部溶于100mL的去離子水中得到粉紅色 溶液，將粉紅色溶液轉(zhuǎn)移到分液漏斗中，加入20mL乙醚，逐滴加入60mU^H 2S〇4水溶液，充分 振蕩，靜置自然分成三層，分離下層的雜多酸醚合物，在空氣中吹氣脫醚3h，最后在5°C的冰 箱中重結(jié)晶30min，得到SiWnCo雜多酸。
[0023] 圖2是試驗一的以SiWnCo雜多酸為空穴傳輸層的鈣鈦礦電池的I-V曲線圖，表1是 從圖中計算出的數(shù)據(jù)，可以看出試驗一的以SiWnCo雜多酸為空穴傳輸層的鈣鈦礦電池的效 率可達(dá)到6.16%，電流密度為16.67mA/cm 2,開路電壓為0.732,填充因子為0.50。
[0024] 表 1
[0025]
[0026]圖3為試驗一制備的SiWnCo雜多酸的XRD譜圖，從圖中分析看出SiWnCo在2Θ為 8.86°，9.45°，17.71°，26.57°，35.61°有明顯的吸收峰，證明所合成的物質(zhì)為Keggin結(jié)構(gòu)的 SiWnCo雜多酸。
【主權(quán)項】
1. 一種以SiWnCo雜多酸為空穴傳輸層的鈣鈦礦電池，其特征在于以SiWnCo雜多酸為空 穴傳輸層的鈣鈦礦電池由下至上依次是導(dǎo)電電極、電子傳輸層、鈣鈦礦吸光劑層、SiWnCo雜 多酸空穴傳輸層和金屬電極。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以SiWnCo雜多酸為空穴傳輸層的鈣鈦礦電池，其特征在 于所述的S i WiiCo雜多酸空穴傳輸層的制備方法如下： 用70mL的去離子水溶解13g的K8SiWn039.nH20缺位型雜多酸，然后在40°C水浴加熱和攪 拌的條件下滴加6mL濃度為0.7mol/L的Co(N03)2溶液，在40°C水浴加熱和攪拌的條件下反應(yīng) lOmin后，在40°C水浴加熱和攪拌的條件下加入5g的KC1產(chǎn)生沉淀，在40°C水浴加熱和攪拌 的條件下反應(yīng)5min后過濾得到沉淀，將沉淀全部溶于100mL的去離子水中得到粉紅色溶液， 將粉紅色溶液轉(zhuǎn)移到分液漏斗中，加入20mL乙醚，逐滴加入50mL~60mU^H 2S〇4水溶液，充分 振蕩，靜置自然分成三層，分離下層的雜多酸醚合物，在空氣中吹氣脫醚3h，最后在3°C~5 °(3的冰箱中重結(jié)晶30min，得到SiWnCo雜多酸;將SiWnCo雜多酸溶解于異丙醇，得到lmg/mL ~70mg/mL的SiWnCo雜多酸溶液;然后在鈣鈦礦吸光劑層上旋涂5mg/mL的SiWnCo雜多酸溶 液，得到厚度為lnm~250nm的SiWnCo雜多酸空穴傳輸層。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以SiWnCo雜多酸為空穴傳輸層的鈣鈦礦電池，其特征在 于所述的電子傳輸層由下至上是致密層和介孔層，致密層的厚度為20nm~lOOnm，介孔層的 厚度為l〇〇nm~500nm〇4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以SiWnCo雜多酸為空穴傳輸層的鈣鈦礦電池，其特征在 于所述的鈣鈦礦吸光劑層的厚度為300nm~500nm〇5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以SiWnCo雜多酸為空穴傳輸層的鈣鈦礦電池，其特征在 于所述的導(dǎo)電電極為FT0導(dǎo)電玻璃或IT0導(dǎo)電玻璃。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以SiWnCo雜多酸為空穴傳輸層的鈣鈦礦電池，其特征在 于所述的金屬電極為金電極，厚度為40nm~100nm 〇
【專利摘要】一種以SiW11Co雜多酸為空穴傳輸層的鈣鈦礦電池，涉及一種鈣鈦礦電池。本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的鈣鈦礦太陽能電池的空穴傳輸層材料的制備和提純工藝復(fù)雜、成本較高，電池穩(wěn)定性差的技術(shù)問題。本發(fā)明的鈣鈦礦電池由下至上依次是導(dǎo)電電極、電子傳輸層、鈣鈦礦吸光劑層、SiW11Co雜多酸空穴傳輸層和金屬電極。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明中SiW11Co雜多酸空穴傳輸層通過改變反荷粒子的種類，除可用原子層沉積、磁控濺射、熱蒸發(fā)沉積之外，還可以實現(xiàn)溶液旋涂法制備，另外該物質(zhì)在空氣中穩(wěn)定，價格便宜。本發(fā)明應(yīng)用于太陽能電池領(lǐng)域。
【IPC分類】H01L51/44, H01L51/46, H01L51/42
【公開號】CN105514285
【申請?zhí)枴緾N201510974850
【發(fā)明人】楊玉林, 董國華, 盛利, 葉騰林, 范瑞清, 王平, 石巖, 李夢茹, 樊瀟
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月22日