[发明专利]一种基于H-TiO2纳米粉体的钙钛矿太阳能电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于H-TiO₂纳米粉体的钙钛矿太阳能电池的制备方法。

背景技术

近年来兴起的有机-无机杂化钙钛矿(简称钙钛矿)太阳能电池因具有光电能量转换效率 高、制备工艺简单等优点，引起了学术界和产业界的广泛关注,具有广阔的发展前景。其中 平面异质结钙钛矿太阳电池因具有结构简单，可低温制备等诸多优点，成为目前研究的一 个重要方向。钙钛矿太阳能电池对近红外光区的能量利用少，使得电池的吸收光谱与太阳 光谱不匹配，限制了电池效率的提升。

氢化二氧化钛能够利用可见及近红外光，并且禁带宽度变窄，具有较高的施主密度， 这使得其有适用于钙钛矿太阳能电池的可能。通过对二氧化钛高压加热的处理制备氢化二 氧化钛，这种简单高效的方法具有广泛应用性。将这种制备的氢化二氧化钛用于钙钛矿太 阳能电池得到了较高的光电转换效率和短路电流密度。但是，氢化二氧化钛的制备过程总 需要适度氢化还原，过度氢化的二氧化钛导电性差、电子容易复合，光电流会急剧减小， 使电池的光电转换效率明显降低。

发明内容

本发明是为了解决氢化二氧化钛材料作为钙钛矿太阳能电池电子层材料严重的界面复 合造成的电池性能下降和现有技术制备的钙钛矿太阳能电池对近红外光区能量利用少，电 池效率低的问题，而提供了一种基于H-TiO₂纳米粉体的钙钛矿太阳能电池的制备方法。

一种基于H-TiO₂纳米粉体的钙钛矿太阳能电池的制备方法具体是按以下步骤进行的：

一、将二氧化钛纳米粉末放置于石英舟内，将盛有二氧化钛纳米粉末的石英舟放置在 管式炉中，持续通入氮气和氢气的混合气体，然后以1℃/min的升温速率将反应温度从室温 升温至300℃～600℃，在300℃～600℃保温3h～8h后，再转移至真空干燥箱中静置1h～5h后， 冷却至室温，得到H-TiO₂粉体；所述二氧化钛纳米粉末是采用溶胶水热法制备而成的；所 述氮气和氢气的混合气体中氢氮比为1:9；所述氮气和氢气的混合气体的流速为 100sccm～400sccm；

二、将H-TiO₂粉体、乙基纤维素、松油醇和乙醇混合，搅拌均匀得到浆料；所述H-TiO₂粉体与乙基纤维素的质量比为1:(0.1～0.5)；所述H-TiO₂粉体与松油醇的质量比为1:(2～7)； 所述H-TiO₂粉体与乙醇的质量比为1:(20～40)；

三、制备致密层溶液：将浓度为2mol/L的盐酸与异丙醇Ⅰ混合，得到混液A；将异丙 醇钛与异丙醇Ⅱ混合，得到混液B；在搅拌速度为80rpm～120rpm的条件下将混液A逐滴 滴加到混液B中至混合液澄清，得到致密层溶液；所述浓度为2mol/L的盐酸与异丙醇Ⅰ的 体积比为1:(100～500)；异丙醇钛与异丙醇Ⅱ的体积比为1:(10～35)；混液A与混液B 的体积比为1:(0.8～1.2)；

四、制备钙钛矿层溶液：将碘化铅溶于DMF中，然后在温度为50℃～80℃的条件下磁 力搅拌10h～14h，得到钙钛矿层溶液A；将甲基碘化胺溶于DMF中，得到钙钛矿层溶液B； 所述钙钛矿层溶液A的浓度为400mg/mL～500mg/mL；所述钙钛矿层溶液B的浓度为 4mg/mL～10mg/mL；

五、制备空穴传输层溶液：将锂盐溶于乙腈中，搅拌10min～20min，得到锂盐溶液； 将氯苯、Spiro-OMeTAD、磷酸三丁酯和锂盐溶液混合，在常温下搅拌10min～20min，得到 空穴传输层溶液；所述锂盐溶液的浓度为500mg/mL～600mg/mL；所述氯苯的体积与 Spiro-OMeTAD的质量比为1mL:(50～80)mg；所述氯苯与磷酸三丁酯的体积比为1: (0.02～0.04)；所述氯苯与锂盐溶液的体积比为1:(0.01～0.02)；

六、清洗基底：将FTO导电玻璃先采用去离子水超声清洗3～5次、再采用异丙醇超声 清洗3～5次，然后采用丙酮超声清洗3～5次，最后采用紫外臭氧处理10min～20min，得到 洁净的透明导电玻璃衬底；