一種鈣鈦礦-云母光伏材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及光伏材料技術領域，特別地涉及一種鈣鈦礦-云母光伏材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]太陽能電池材料經過60多年的發展，已經有很多不同的類型。主要包括單晶/多晶硅、砷化鎵、碲化鎘、銅銦鎵砸、染料敏化等。目前只有單晶/多晶硅太陽電池得到了廣泛應用，其他類型的太陽能電池因原材料稀少、有毒、效率低、穩定性差等缺點在實際應用中受到限制。但單晶/多晶硅太陽電池生產成本高，尋找新型的太陽能電池仍是目前研究的熱點。
[0003]鈣鈦礦型有機金屬鹵化物材料具有優異的光電性能且易于合成，已經在太陽能電池研究中廣泛使用，目前基于這種材料的太陽能電池最高能量轉換效率已經達到19%，其理論轉化效率可以達到50%，具有很大的開發潛能。
[0004]鈣鈦礦太陽電池通常是由透明導電玻璃、致密層、鈣鈦礦吸收層、有機空穴傳輸層、金屬背電極五部分組成。鈣鈦礦太陽電池工作時，鈣鈦礦化合物在光照下吸收光子，其價帶電子躍迀到導帶，接著將導帶電子注入到Ti02的導帶，再傳輸到FT0，同時，空穴傳輸至有機空穴傳輸層，從而電子-空穴對發生分離，當接通外電路時，電子與空穴的移動將會產生電流。
[0005]其中，鈣鈦礦吸收層的主要作用是吸收太陽光產生的電子-空穴對，并能高效傳輸電子-空穴對、電子、空穴至相應的致密層和有機空穴傳輸層。鈣鈦礦吸收層一般采用介孔納米結構作為支架，負載鈣鈦礦吸光材料，因為介孔納米結構比表面積大，可吸附較多的吸光物質，從而獲得較大的電池能量轉換效率，介孔納米材料的組成、微結構和性質對鈣鈦礦電池的能力轉換效率非常重要。
[0006]在中國發明專利申請公開說明書CN201410340552中公開了一種鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法，采用Ti02/鈣鈦礦結構材料作為電池吸光層，spiro-OMeTAD作為空穴傳輸層，制得的太陽能電池能量轉換率為11.2?12.6%。有研究利用A1203
納米材料作為鈣鈦礦吸收層支架，組裝的太陽能電池光電轉化率為10.9%(Lee Μ Μ，Teuscher J，Snaith H J，et al.Efficient hybrid solar cells
based on meso-superstructured organometal halide perovskites.Science，2012，338:643-647.)，同時也另有研究用ZnO納米棒作為骨架層，相應的太陽能電池能量轉化效率為11.13%(Dae_Yong S，Jeong-Hyeok，Park N G，et al.11%Efficient perovskitesolar cell based on ZnO nanorods:An effective chargecollect1nsystem.J.Phys.Chem.C，2014，118(30):16567-16573.)0
[0007]現有技術存在的缺點是:鈣鈦礦吸收層對光吸收量不高，組裝的太陽能電池光電轉化率不高。因此，本發明人在總結現有技術的基礎上，經過大量研究完成了本發明。
【發明內容】
[0008]本發明針對上述現有技術存在的缺點而提出，所解決的技術問題是提供一種吸光性強、光電轉換率高的鈣鈦礦-云母光伏材料，以及這種鈣鈦礦-云母光伏材料的制備方法。
[0009]本發明的技術方案:
本發明是通過下述技術方案實現的:
本發明一種鈣鈦礦-云母光伏材料，其特征是以納米云母材料作為鈣鈦礦吸收體層的介孔納米支架;所述媽鈦礦-云母光伏材料厚度是500-650nm;所述媽鈦礦-云母光伏材料所附著的致密層厚度是50-100nm;用作鈣鈦礦太陽能電池中的吸收層，支撐結構是納米級云母粉末，鈣鈦礦結構材料是化學式ΑΒΧ3的材料，其式中A代表甲基胺;B代表Pb; X是一種或兩種選自碘、溴或氯的鹵素元素。
[0010]本發明一種鈣鈦礦-云母光伏材料的制備方法。
[0011 ]所述鈣鈦礦-云母光伏材料制備方法的步驟如下:
(1)制備Ti02致密層在FT0玻璃上絲網印刷一層Ti02薄膜層，450°C加熱30min后，得到厚度為50-100nm的致密層；
(2)制備納米云母粉末
將云母微粒進行真空干燥，干燥溫度為80?120°C，干燥時間為20?30h。干燥后的云母在高速粉碎機中研磨粉碎，粉碎時間為5?8h。最終得到300?600nm的納米級云母顆粒；
(3)制備納米云母介孔層
將步驟(2)中得到的云母顆粒與異丙醇按照重量比1:3?5制成料漿，旋涂至步驟(1)中得到的致密層，100?200°C干燥，再轉移到馬弗爐中在溫度300?600°C的條件下進行退火處理30?60min，得到附著在致密層上的納米云母介孔層；
(4)制備鈣鈦礦-云母光伏材料
將步驟(3)得到的納米云母介孔層旋涂濃度0.8?1.2mol/L碘化鉛、氯化鉛或溴化鉛溶液，然后在濃度8?12mg/mlCH3NH3I異丙醇中浸泡15?20min后，用異丙醇洗滌，再在溫度90?110°C 下加熱 30 ?50min，生成 CH3NH3Pbl3、CH3NH3PbCl2l 或 CH3NH3PbBr2l 鈣鈦礦結構材料:于是得到厚度500?650nm的納米云母介孔/媽鈦礦光伏材料。
[0012]本發明一種鈣鈦礦-云母光伏材料及其制備方法，其突出特點和有益效果在于: 一種用于太陽能電池的鈣鈦礦-云母光伏材料，用作太陽能電池中吸光層。吸光層在吸收光子并生成電子的光電過程中，基本的能量損失會逐步上升。納米云母材料晶型優良，電絕緣性強，能夠充當惰性支架，迫使電子停留其中，并通過超薄的鈣鈦礦吸收體層進行傳送，從而減少能量損失，顯著提高電子傳送速度，迫使電子快速穿過鈣鈦礦吸收體層，并同時提高電壓。利用本發明提供的鈣鈦礦-云母光伏材料組裝太陽能電池，能使太陽能電池的光電轉換效率最高可達13.8%。
【具體實施方式】
[0013]
以下通過【具體實施方式】對本發明作進一步的詳細說明，但不應理解為本發明的范圍權限僅限于以下實例。
[0014]實施例1
(1)制備Ti02致密層
在FT0玻璃上絲網印刷一層Ti02薄膜層，450°C加熱30min后，得到厚度為50nm的致密層；
(2)制備納米云母粉末
將云母微粒進行真空干燥，干燥溫度為105°C，干燥時間為25h。干燥后的云母在高速粉碎機中研磨粉碎，粉碎時間為7h ο最終得到400nm的納米級云母顆粒；
(3)制備納米云母介孔層
將步驟(2)中得到的云母顆粒與異丙醇按照重量比1:3.5制成料漿，旋涂至步驟(1)中得到的致密層，100°C干燥，再轉移到馬弗爐中在溫度350°C的條件下進行退火處理30min，得到附著在致密層上的納米云母介孔層；
(4)制備鈣鈦礦-云母光伏材料
將步驟(3)得到的納米云母介孔層旋涂濃度0.8mol/L碘化鉛、氯化鉛或溴化鉛溶液，然后在濃度10mg/mlCH3NH3I異丙醇中浸泡15min后，用異丙醇洗滌，再在溫度90°C下加熱30min，生成CH3NH3Pbl3、CH3NH3PbCl2l或CH3NH3PbBr2l鈣鈦礦結構材料:于是得到厚度500nm的納米云母介孔/1 丐鈦礦光伏材料。
[0015]利用本實施例制備的鈣鈦礦-云母光伏材料組裝太陽能電池，電池的光電轉化率為12.7%。
[0016]實施例2 步驟(1)同上；
(2)制備納米云母粉末
將云母微粒進行真空干燥，干燥溫度為100°C，干燥時間為25h。干燥后的云母在高速粉碎機中研磨粉碎，粉碎時間為6h ο最終得到450nm的納米級云母顆粒；
(3)制備納米云母介孔層
將步驟(2)中得到的云母顆粒與異丙醇按照重量比1:3.2制成料漿，旋涂至步驟(1)中得到的致密層，100°C干燥，再轉移到馬弗爐中在溫度350°C的條件下進行退火處理30min，得到附著在致密層上的納米云母介孔層；
(4)制備鈣鈦礦-云母光伏材料