[发明专利]一种复合碳对电极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种复合碳对电极材料及其制备方法与应用。所述的石墨‑液态金属复合碳对电极材料包括原料石墨粉和导电炭黑，石墨粉和导电炭黑的质量比为2~6:1。本发明采用丝网印刷方式将所制备的石墨‑液态金属复合碳对电极材料印制于玻璃等衬底上，经200‑600℃退火形成薄膜；本发明利用液态金属的导电性和室温流动性，使其与基体接触良好，提高电极的界面导电能力，同时利用液态金属的高温体积微变化消除碳基电极退火过程中产生的应力变化。本发明通过液态金属复合优化了碳电极的界面接触特性从而降低其方块电阻，用于全印刷钙钛矿太阳能电池对电极，能够改善器件的光伏性能。

技术领域

本发明属于化工技术领域，进一步属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种复合碳对电极材料及其制备方法与应用。

背景技术

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池属于第三代新型太阳能电池，由于其具有成本低、可湿法制备，光电转换效率高等优点，近年来学术界和产业界都极大关注，光电转换效率从2009年最初报道的3.8%迅速增长到2016年的22.1%，产业化前景较好。

钙钛矿太阳能电池中对电极主要接受钙钛矿光生激子分离后产生的空穴，这就要求所选对电极材料的功函要和钙钛矿材料的最高占据态（HOMO）能级匹配，并且具有良好的导电性。传统的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池以昂贵的Au作为对电极，不仅材料成本较高，而且还需要高额的蒸镀设备。

为了追求高效率、高稳定性的钙钛矿太阳能电池，许多重大的努力和研究主要集中于钙钛矿薄膜工程、器件结构优化、空穴传输材料的选择等方面。经过众多科学家的探索攻关，在高效率方面已经取得了长足的进步，然而稳定性一直是制约钙钛矿太阳能电池商业化应用的主要因素。在众多的空穴提取电极材料中，碳电极无疑比较有前景的，碳膜作为电池的顶电极，它可以充当一张疏水的碳“网”，强烈阻挡外界水汽的“入侵”，而且它成本低廉，与钙钛矿接触具有良好的能级匹配特性。碳电极薄膜通常是由石墨粉、碳黑、粘结剂等混合研磨成糊状浆料用丝网均匀地印刷在器件顶部，经干燥、烧结而成。然而碳与钙钛矿不良的界面接触导致光伏性能难以继续提升，为了解决此问题，很多研究人员通过在碳浆料中添加聚合物和非极性溶剂以改善碳电极的质量和界面接触特性，然而聚合物在高温退火过程中可能脱离碳膜形成孔洞致使碳与钙钛矿界面接触性能变差。因此，要获得更高光伏性能的全印刷钙钛矿太阳能电池需要从碳对电极入手，从本质上改善其性能。

于此，寻找新的添加物和新的途径来改善碳对电极的性能十分必要。液态金属是一类熔点较低的合金，如镓铟合金，铟镓锡合金等，具有好的导电性和室温流动性，在电极材料、丝网印刷技术、柔性电子学等研究领域有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种复合碳对电极材料；第二目的在于提供所述的复合碳对电极材料的制备方法；第三目的在于提供所述的复合碳对电极材料的应用。

本发明的第一目的是这样实现的，所述的石墨-液态金属复合碳对电极材料包括原料石墨粉和导电炭黑，石墨粉和导电炭黑的质量比为2~6 : 1。

本发明的第二目的是这样实现的，包括以下步骤：

A. 按配方配比称量各原料，混匀后得到物料a备用；

B. 物料a中加入物料a体积2~3.5倍的溶剂，室温下研磨6~24 h得到物料b；

C. 将物料b经蒸发除去溶剂得到目标物复合碳对电极材料。

本发明的第三目的是这样实现的，所述的复合碳对电极材料在制备复合碳对电极薄膜中的应用。

本发明充分利用液态金属的导电性和室温流动性，使其与基体接触良好，提高电极的界面导电能力，同时利用液态金属的高温体积微变化消除碳基电极退火过程中产生的应力变化。