[发明专利]一种纤维型钙钛矿太阳能电池及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种纤维型钙钛矿太阳能电池及其制备方法与应用，该太阳能电池，以作为电极的钛丝为中心，在其径向方向上从内向外依次包括：作为电极的钛丝，二氧化钛致密层，二氧化钛多孔层，钙钛矿晶体层，空穴传输层，以及作为对电极的薄层金。本发明制得的纤维型钙钛矿太阳能极大的提升的能量转换效率(可高达9％)，并且可以较为容易地进行大尺寸制备，为进一步应用在可穿戴设备、智能家居等领域提供有效的保障。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种高效大尺寸的纤维型钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

在可穿戴设备快速发展的今天，对于便携式的能源供应设备也提出了更高的要求。目前最常见的能源供应方式是使用锂电池嵌入在可穿戴设备中，但却需要面对时常充电的烦恼。如果能够将太阳能电池等电能产生设备集成到可穿戴设备中，或者编织到衣物中，再配合锂电池或超级电容器等储能设备，就能够实现全天候不间断的工作。而无论是集成到可穿戴设备中，还是编织到衣物中，纤维型的柔性太阳能电池都是最为理想的器件形态，因此发展纤维型太阳能电池是目前一个迫切的需求。

在各种太阳能电池技术中，钙钛矿太阳能电池是近几年的一颗新星。一方面，钙钛矿太阳能电池的制备方法简单，对机器设备要求不高，成本较低；而与此同时，还拥有可以与硅太阳能电池相比肩的能量转化效率，目前平面型钙钛矿太阳能电池的能量转化效率最高已经可以达到22％。因此，钙钛矿材料是制备纤维型太阳能电池的理想材料，并且全固态的结构也有利于后期的封装和长期的使用。但是由于纤维曲面成膜与平面成膜差别很大，获得的钙钛矿晶体膜层普遍质量较差，其他功能层也存在严重的缺陷，因而目前器件效率仍然处于一个较低的水平。

中国专利公布号CN 104009105 A公开了一种线状钙钛矿太阳能电池及其制备方法，其使用不锈钢丝为一个电极，最后包裹透明碳纳米管栅作为另一个电极，制备同轴的线状钙钛矿太阳能电池。中国专利公布号申请公布号CN 105047822 A公开了一种柔性纤维状钙钛矿太阳能电池及其制备方法，其使用两根碳纳米管纤维分别作为工作电极和对电极相互缠绕组装成柔性纤维状钙钛矿太阳能电池。但它们得到的纤维型钙钛矿太阳能电池的能量转换效率都只有3％左右，还不能较好地满足市场需求。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效大尺寸的纤维型钙钛矿太阳能电池及其的制备方法。本发明得到的纤维型钙钛矿太阳能极大的提升的能量转换效率(可高达9％)，并且可以较为容易地进行大尺寸制备，为进一步应用在可穿戴设备、智能家居等领域提供有效的保障。

本发明采用如下技术方案：

一种纤维型钙钛矿太阳能电池，以作为负极的金属钛丝为中心，在其径向方向上从内向外依次包括：所述作为负极的金属钛丝，二氧化钛致密层，二氧化钛多孔层，钙钛矿晶体层，空穴传输层，以及作为对电极的薄层金。

进一步地，所述钛丝的横截面可根据需要制成所需的形状，例如圆形或近似圆形、椭圆形、方形、多边形或不规则形状等，优选为圆形或近似圆形。

进一步地，所述钛丝的横截面为圆形或近似圆形，其直径为200-300μm，优选为250μm。

进一步地，所述二氧化钛致密层、二氧化钛多孔层、钙钛矿晶体层、空穴传输层、薄层金的厚度分别为50-100nm、200-400nm、300-500nm、100-200nm、10-20nm。

进一步地，所述二氧化钛致密层可直接由作为电极的金属钛丝原位电加热而制得。通过控制加热温度、时间可以制备出不同厚度的二氧化钛致密层。

进一步地，所述二氧化钛多孔层可通过在所述二氧化钛致密层上涂覆二氧化钛胶体而制得。通过控制二氧化钛胶体浓度、涂覆温度、涂覆时间、涂覆次数以及涂覆时转速等条件可以制备出不同厚度的二氧化钛多孔层。