[发明专利]一种太阳能电池多功能薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池功能薄膜，具体属于一种太阳能电池多功能薄膜的制备方法。

背景技术

染料敏化太阳能电池或钙钛矿太阳能电池是一种新型光电转换装置，它具有效率高、成本低、稳定性好等优点，可采用旋涂、丝网印刷、快速涂布等技术，便于大面积生产，具有较强的竞争力，有广泛的应用前景。该太阳能电池是以热稳定性和光化学稳定性好的宽禁带二氧化钛为基体半导体材料，在其表面制备一层吸光材料用以吸收可见光，产生光生电子，从而达到光电转换的效果。高效率的太阳能电池的关键在于光阳极的制备。

现有的光阳极制备方法主要有将二氧化钛胶体涂敷于含二氧化钛致密层(功能薄膜)的导电基底上，经过高温烧结而形成的。其中，致密层作为电子回传的阻挡层，能有效降低电子复合，提高电池的光电性能。但传统致密层的功能单一(只具有阻挡层的功能)，为进一步提高太阳能电池的光电转换性能和长期稳定性，制备具有阻挡层功能、上下转换层功能以及防止吸光材料降解的多功能薄膜，对提高太阳能电池光电转换效率以及长期稳定性意义重大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种太阳能电池多功能薄膜的制备方法。该方法可制备出满足高效低成本太阳能电池光阳极应用要求的薄膜。该薄膜应具有阻挡层的功能、上转换或下转换的功能、下转换功能的薄膜还具有防止吸光材料被紫外光降解的功能。

为了达成上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种太阳能电池多功能薄膜的制备方法，将稀土离子均匀分散于含锡或含钛的致密层溶液中，采用刮涂法或旋涂法或喷雾法成膜于导电基底材料上，通过高温烧结获得稀土离子掺杂的二氧化锡或二氧化钛的功能薄膜。

具体制备方法，包括如下步骤：

1)制备浓度为0.3-1.5mmol·L^-1的含锡或含钛的致密层溶液；

2)制备含稀土离子总浓度为0.1-0.5mol·L^-1的醇溶液或水溶液；

3)按体积比1：10-30，将步骤2)制备的含稀土离子的醇溶液或水溶液加入至步骤1)制备的含锡或含钛的致密层溶液中，搅拌均匀，获得含稀土离子的混合溶液；

4)清洗导电基底，将步骤3)制备的混合溶液刮涂或旋涂或喷雾涂于清洗过的导电基底上，晾干，烧结，冷却至室温，获得多功能薄膜。

所述的含锡或含钛的致密层溶液为四氯化锡的乙醇溶液、四氯化锡的水溶液、异丙氧醇钛的异丙醇溶液、钛酸四正丁酯的正丁醇溶液或四氯化钛水溶液。

所述的稀土氧化物为三氧化二钇、三氧化二铈、三氧化二钕、三氧化二钷、三氧化二钐、三氧化二铕、三氧化二钆、三氧化二铽、三氧化二镝、三氧化二钬、三氧化二铒、三氧化二铥和三氧化二镱中的一种或几种。

所述步骤2)中的醇为乙醇、异丙醇或正丁醇。

所述的含稀土离子的醇溶液或水溶液加入至含锡或含钛的致密层溶液中的比例是1：15-25范围之间。

所述的导电基底采用FTO导电玻璃和ITO导电玻璃中的一种。

所述的太阳能电池为染料敏化太阳能电池或钙钛矿太阳能电池。

本发明的有益效果：采用该方法制备的多功能薄膜具有以下功能：1)具有阻挡层的功能，能有效降低光生电子的回传，从而提高光生电子的有效寿命，进而提高太阳能电池的光电性能；2)具有上转换或下转换的功能，能将红外光或紫外光转变成可见光，从而有效拓展太阳能电池对太阳光的吸收光谱范围，进而提高太阳能电池的光电性能；3)具有下转换功能的薄膜，还具有防止吸光材料被紫外光降解的功能，能有效提高太阳能电池的长期稳定性。本发明制备条件温和可控，方法简单有效，成本低，有利于商业化大规模生产。通过本发明方法制备的薄膜用于制备太阳能电池光阳极，并组装成太阳能电池，目前光电转换效率最高达到16.33％，完全满足太阳能电池的应用要求。

具体实施方式

实施例1

第一步，将四氯化锡溶于无水乙醇中，制备0.5mmol·L^-1四氯化锡致密层溶液；

第二步，采用水热法，将三氧化钇、三氧化镱、三氧化铕按摩尔比为8：1.9：0.1混合溶解于硝酸溶液中，加热蒸发浓缩，获得含上述三种稀土离子的硝酸盐，分散至无水乙醇中，制备含稀土离子总浓度为0.2mol·L^-1的乙醇溶液；

第三步，按体积比1：20，将第二步制备的含稀土离子的乙醇溶液加入至第一步制备的四氯化锡致密层溶液中，搅拌均匀；