一種含二茂鐵層的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于太陽能電池領域，具體設及一種含有二茂鐵修飾材料的巧鐵礦太陽能 電池。
【背景技術】
[0002] 近些年來，有機鉛面化物巧鐵礦太陽能電池光電轉換效率突破20%，已經十分接 近晶體娃太陽能電池的轉換效率(化ture Mater. ,2014,13,838-842;Science,2014,:345, 542-546)。制備高效、穩定的巧鐵礦太陽能電池具有很大的研究價值和應用前景。
[0003] 巧鐵礦太陽能電池依次由玻璃基底、FT0、電子傳輸層、巧鐵礦光敏層、空穴傳輸層 和對電極構成。1173.化6111.化6111.化73.，2014，16，19984-19992)。在巧鐵礦太陽能電池中， 太陽光照射后，巧鐵礦光敏層首先吸收光子產生電子-空穴對。然后，電子傳輸到Ti化致密 層，而后被導電FT0收集;空穴從巧鐵礦層傳輸到空穴傳輸層，最后被對電極收集(NPG Asia Mater.，2013,5,68)。對電極多采用貴金屬電極，其中報道最多的是金電極，通過蒸鍛法制 備到巧鐵礦太陽能電池上。一些文獻中報道了使用廉價碳材料制備成巧鐵礦太陽能電池的 對電極，也獲得了良好的效果。
[0004] 二茂鐵是一種富電子分子，具有良好的電化學催化活性。二茂鐵的能級為4.8eV， 氧化還原能力強，它在光電材料中有廣泛的應用和良好的表現(J.Mater.化em.，2012,22， 22658-22662;RSC Adv.，2014,4,34904-34911)。此外，二茂鐵價格低廉，用于光電材料中可 降低制備成本，具有應用潛力。
【發明內容】
[0005] 本發明設計的目的是提供一種含有二茂鐵層的巧鐵礦太陽能電池，通過添加少量 的二茂鐵修飾碳對電極，提高巧鐵礦太陽能電池的光電轉換效率。同時給出了該巧鐵礦電 池的制備方法。
[0006] 為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是：
[0007] -種含二茂鐵層的巧鐵礦太陽能電池，由下至上依次包括層疊的導電玻璃、致密 層、多孔層、具有巧鐵礦結構的吸光層、空穴傳輸層、碳對電極，其特征在于:還包括設置在 碳電極上的二茂鐵層，所述的二茂鐵層是旋涂一定濃度二茂鐵的導電玻璃。
[000引進一步的，所述的二茂鐵層中二茂鐵濃度范圍在5~70mg/mL之間。所述的二茂鐵 層壓制在碳電極上，二茂鐵層的面積小于或等于碳對電極的面積。
[0009] -種含二茂鐵層的巧鐵礦太陽能電池的制備方法，其特征在于:包括
[0010] a、二茂鐵層的制備步驟，首先配制一定濃度的二茂鐵溶液，在二茂鐵中加入有機 溶劑，攬拌至完全溶解，然后將配制好的二茂鐵溶液滴至導電玻璃上使用旋涂儀旋涂，旋涂 速度在lOOOr/min~4000r/min之間，二茂鐵均勻成膜；
[0011] b、含二茂鐵層的巧鐵礦太陽能電池的制備步驟，首先，提供具有透明導電層FT0薄 膜的導電玻璃，在FT0導電玻璃上旋涂Ti化致密層，然后旋涂Ti化多孔層，之后經一步旋涂法 制備具有巧鐵礦結構的吸光層，將配制好的空穴傳輸材料Spiro-OMeTAD溶液旋涂制備成空 穴傳輸層，再將由導電納米碳粉溶劑分散后滴涂法制備而成的碳對電極置于空穴傳輸層之 上，最后將步驟a中制備好的二茂鐵層壓制在碳對電極上，構成回路，得到含二茂鐵層的巧 鐵礦太陽能電池。
[0012] 進一步的，步驟a中所述的有機溶劑為除水有機溶劑，選自氯苯、甲苯、石油酸或二 氯甲燒中的一種。
[0013] 本發明的有益效果是:二茂鐵是一種富電子分子，具有良好的電化學催化活性，氧 化還原能力強，它在光電材料中有廣泛的應用和良好的表現，本發明加入二茂鐵之后有效 的提升了電池光電效率，效果明顯。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發明巧鐵礦太陽能電池結構示意圖。
[0015] 圖中：1、FT0導電玻璃；2、致密層；3、多孔層；4、具有巧鐵礦結構的吸光層；5、 Spiro-OMeTAD空穴傳輸層;6、碳對電極(碳電極）；7、二茂鐵層(二茂鐵層的FT0導電玻璃）。
[0016] 圖2是含二茂鐵修飾碳對電極的巧鐵礦太陽能電池的光伏特性曲線。
【具體實施方式】
[0017] 下面結合附圖對本發明做進一步說明。
[001引二茂鐵層的制備：
[0019] 首先配制一定濃度的二茂鐵溶液，W配制lOg/L的二茂鐵溶液為例，具體方法如 下:稱取30mg二茂鐵至于小燒杯中，加入3mL氯苯溶劑，攬拌至完全溶解。然后將配制好的二 茂鐵溶液滴至導電玻璃上使用旋涂儀旋涂，旋涂速度為1500r/min，二茂鐵均勻成膜。當然， 本發明旋涂速度在lOOOr/min~4000r/min之間時，均能達到使二茂鐵均勻成膜的效果。
[0020] 含二茂鐵層的巧鐵礦太陽能電池的制備：
[0021] 本發明W上制備的二茂鐵溶液可用于制備巧鐵礦太陽能電池，由附圖1可知，本發 明的巧鐵礦太陽能電池，包括依次層疊 FT0導電玻璃1、致密層2、多孔層3、具有巧鐵礦結構 的吸光層4、Spir〇-0MeTAD空穴傳輸層5、碳對電極6和二茂鐵層7。所述的二茂鐵層是旋涂一 定濃度二茂鐵的導電玻璃，二茂鐵層中二茂鐵濃度范圍在5~70mg/mL之間均可實現本發明 的效果。
[0022] 首先，提供具有透明導電層FT0薄膜的FT0導電玻璃1，在FT0薄膜層上旋涂法Ti化 致密層2,然后旋涂Ti化多孔層3,之后經一步旋涂法制備具有巧鐵礦結構的吸光層4,配制 好空穴傳輸材料Spiro-OMeTAD溶液旋涂制備成Spiro-OMeTAD空穴傳輸層5，再將0.3g的 10000目碳粉加入稱量瓶滴加色譜乙醇（差不多浸濕碳粉即可），再加入少量的松油醇，攬 拌，吸取液體滴于瓶壁，觀察液體是否連續，若連續，超聲3min;若不連續，繼續滴加松油醇， 在干凈的導電玻璃的一側上滴加2滴液體，轉動玻璃，使其平鋪于壁面，然后放入馬弗爐， 300 °C下燒制化，制成碳對電極6。再將上述由導電納米碳粉溶劑分散后滴涂法制備而成的 碳對電極6置于Spiro-OMeTAD空穴傳輸層5之上。最后將制備好的上述lOg/L的二茂鐵制備 的二茂鐵層7壓制在碳對電極上，構成回路，制備出含二茂鐵層的巧鐵礦太陽能電池，其中 二茂鐵層7的面積小于或等于碳對電極6的面積。圖2給出了含二茂鐵修飾碳對電極的巧鐵 礦太陽能電池的光伏特性曲線，并與不加二茂鐵層的巧鐵礦太陽能電池的光伏曲線做比 較。從圖中可W看出，加入二茂鐵之后能夠提升電池光電效率。相應的光伏數據短路電流 (Jsc)、開路電壓(Voc)、填充因子(FF)和光電轉換效率(η)在表1中給出。表1為含二茂鐵修 飾碳對電極的巧鐵礦太陽能電池的光伏數據表，從表1中可W看出加入二茂鐵后電池效率 由5.8%提高到6.2%，開路電壓能達到0.907￥。
[0023] 表 1
[0024]
【主權項】
1. 一種含二茂鐵層的鈣鈦礦太陽能電池，由下至上依次包括層疊的導電玻璃、致密層、 多孔層、具有鈣鈦礦結構的吸光層、空穴傳輸層、碳對電極，其特征在于:還包括設置在碳電 極上的二茂鐵層，所述的二茂鐵層是旋涂一定濃度二茂鐵的導電玻璃。2. 根據權利要求1所述的含二茂鐵層的鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于:所述的二茂鐵 層中二茂鐵濃度范圍在5~70mg/mL之間。3. 根據權利要求1所述的含二茂鐵層的鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于:所述的二茂鐵 層壓制在碳電極上，二茂鐵層的面積小于或等于碳對電極的面積。4. 一種含二茂鐵層的鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于:包括 a、 二茂鐵層的制備步驟，首先配制一定濃度的二茂鐵溶液，在二茂鐵中加入有機溶劑， 攪拌至完全溶解，然后將配制好的二茂鐵溶液滴至導電玻璃上使用旋涂儀旋涂，旋涂速度 在1000r/min~4000r/min之間，二茂鐵均勾成膜； b、 含二茂鐵層的鈣鈦礦太陽能電池的制備步驟，首先，提供具有透明導電層FT0薄膜的 導電玻璃，在FT0導電玻璃上旋涂Ti0 2致密層，然后旋涂Ti02多孔層，之后經一步旋涂法制備 具有鈣鈦礦結構的吸光層，將配制好的空穴傳輸材料Spiro-OMeTAD溶液旋涂制備成空穴傳 輸層，再將由導電納米碳粉溶劑分散后滴涂法制備而成的碳對電極置于空穴傳輸層之上， 最后將步驟a中制備好的二茂鐵層壓制在碳對電極上，構成回路，得到含二茂鐵層的鈣鈦礦 太陽能電池。5. 根據權利要求4所述的含二茂鐵層的鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于:步 驟a中的旋涂速度為1500r/min。6. 根據權利要求4所述的含二茂鐵層的鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于:步 驟a中所述的有機溶劑為除水有機溶劑，選自氯苯、甲苯、石油醚或二氯甲烷中的一種。7. 根據權利要求4所述的含二茂鐵層的鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于:所 述的二茂鐵層的面積小于或等于碳對電極的面積。
【專利摘要】本發明公開了一種含二茂鐵層的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法，屬于太陽能電池領域，首先提供具有透明導電層FTO薄膜的導電玻璃，在FTO薄膜層上旋涂法TiO2致密層，然后旋涂TiO2多孔層，之后經一步旋涂法制備鈣鈦礦吸光層，將配制好的空穴傳輸材料Spiro-OMeTAD溶液旋涂制備成空穴傳輸層，再將由導電納米碳粉溶劑分散后滴涂法制備而成的碳對電極置于空穴傳輸層之上。最后將制備好的二茂鐵層壓制在碳對電極上，構成回路，制備出含二茂鐵層的鈣鈦礦太陽能電池。本發明加入二茂鐵之后有效的提升了電池光電效率，效果明顯。
【IPC分類】H01L51/48, H01L51/46, H01L51/42, H01L51/44
【公開號】CN105655488
【申請號】
【發明人】陳瑜, 周人杰, 薛松, 姚鎮章, 劉世博
【申請人】天津理工大學
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2016年3月10日