[发明专利]一种用于杂化太阳电池的类钙钛矿敏化光阳极的制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种用于杂化太阳电池的类钙钛矿敏化光阳极的制备方法。

【背景技术】

染料或量子点敏化太阳电池是九十年代开发出的一种新型太阳电池，具有低的成本、简便的制备工艺以及良好的环境相容性等性能，具有良好的应用前景。近年来出现的有机无机类钙钛矿敏化的杂化太阳电池是上述电池的衍化，同样具有低成本、易制备的优点，同时这类电池光电转换效率在迅速提高，目前最高光电转换效率已经达到15%，有望成为硅基太阳电池的有力竞争者。有机无机类钙钛矿敏化的杂化太阳电池的关键组分是有机无机类钙钛矿敏化剂，传统的制备方法是将其溶液旋涂到由宽禁带半导体氧化物纳米材料薄膜构成的光阳极中，但是此法难于在薄膜中均匀涂覆有机无机类钙钛矿，同时亦难于控制其粒径、形貌、厚度等关键参数，从而无法对其光电性能进行有效调控。

有鉴于此，本工艺方法在经过一系列的研究和试验的基础上，开发出一种用于杂化太阳电池的类钙钛矿敏化光阳极的制备方法，本案由此产生。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题，在于提供一种用于杂化太阳电池的类钙钛矿敏化光阳极的制备方法，可方便控制有机无机类钙钛矿的组分、粒径、厚度等关键参数，从而控制其光谱响应波段和光电性能。

本发明是这样实现的：

一种用于杂化太阳电池的类钙钛矿敏化光阳极的制备方法，所述制备方法如下：

首先在透明导电基板上制备由宽禁带半导体氧化物纳米材料构成的亚微米厚薄膜，然后用离子交换法在薄膜中沉积卤化铅PbCl₂或PbBr₂或PbI₂中的至少一种，最后用浸渍法使沉积的卤化铅与有机卤化铵盐反应，在薄膜中原位生成有机无机类钙钛矿，获得类钙钛矿敏化的光阳极。

进一步地，用离子交换法将卤化铅PbCl₂或PbBr₂或PbI₂中的至少一种沉积到宽禁带半导体氧化物纳米材料薄膜中，其中Pb²⁺离子由(CH₃COO)₂Pb或Pb(NO₃)₂的醋酸溶液提供，Cl^-、Br^-或I^-分别由NaCl、NaBr或NaI的乙醇或乙醇-水混合溶液提供；将所述Pb²⁺与Cl^-或Br^-或I^-中的至少一种依次吸附到薄膜中，两种离子接触后生成难溶的卤化铅。

进一步地，所述有机卤化铵盐由烷基伯胺或含胺基的有机物与HCl、HBr或HI反应生成。

进一步地，所述浸渍法如下：

先将有机卤化铵盐溶解在极性-非极性混合有机溶剂中形成饱和溶液，将附着有卤化铅的薄膜浸入该饱和溶液中，使得卤化铅与有机卤化铵盐反应，在薄膜中原位生成有机无机类钙钛矿，即得类钙钛矿敏化的光阳极；其中，所述非极性有机溶剂是所生成的有机无机类钙钛矿的非溶剂，极性溶剂是易溶解有机卤化铵盐的极性溶剂；且所述极性-非极性混合有机溶剂难溶解所生成的有机无机类钙钛矿。

进一步地，所述非极性有机溶剂为苯、甲苯、环己烷中的至少一种，所述极性溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮中的至少一种。

进一步地，所述极性有机溶剂与非极性有机溶剂的体积比值为1/3～1/10。

进一步地，所述宽禁带半导体氧化物纳米材料为TiO₂、SnO₂或ZnO。

进一步地，所述宽禁带半导体氧化物纳米材料构成的亚微米厚薄膜，具体为0.1～1微米厚。

本发明具有如下优点：

采用本方法制备的用于杂化太阳电池的类钙钛矿敏化光阳极，可方便控制有机无机类钙钛矿的组分、粒径、厚度等关键参数，从而控制其光谱响应波段和光电性能，为由类钙钛矿敏化剂构成的高性能杂化太阳电池的研制提供条件，使这一新型太阳电池实用化成为可能。此外，本发明制备的产品也可应用于电致发光和电致变色等领域。

【具体实施方式】

本发明涉及一种用于杂化太阳电池的类钙钛矿敏化光阳极的制备方法，所述制备方法如下：