[发明专利]一种提高钙钛矿太阳能电池光电性能的碳复合电极的制备

说明书

本发明属于钙钛矿太阳能电池技术领域，具体涉及一种提高钙钛矿太阳能电池光电性能的碳复合电极的制备方法。本发明的技术方案要点为：制备了碳浆料/CuO复合电极材料，并将之应用到钙钛矿太阳能电池中，制作的碳/CuO复合电极提高了电池中空穴收集能力，提高了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和稳定性。本发明制备工艺路线简便，成本低廉，本发明制得的CuO/碳复合电极材料应用在钙钛矿太阳能电池中，具有较好的光电转换效率，在光电器件领域具有潜在的应用前景。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种提高钙钛矿太阳能电池光电性能和稳定性的碳复合电极性能的制备方法

发明背景

钙钛矿太阳能电池是以具有ABX₃钙钛矿型结构的有机金属卤化物(CH₃NH₃PbX₃)(X＝Cl，Br，I)作为光吸收材料的一种新型光伏器件。2009年，日本科学家Miyasaka首次将CH₃NH₃PbX₃作为敏化剂引入到太阳能电池中，获得了3.8％的光电转换效率。最近，钙钛矿太阳能电池的效率已经提高到了23.7％。其中最典型的钙钛矿太阳能电池主要由五部分组成：导电基底(FTO和ITO玻璃)、电子收集层(TiO₂、ZnO、SnO₂等)、钙钛矿吸光层(主要材料为CH₃NH₃PbX₃)、空穴传输层(spiro-MeOTAD等)和电极(Au、Ag、Cu、碳等)。钙钛矿太阳能电池的工作原理是在模拟自然光照射下，当入射光子满足CH₃NH₃PbX₃晶体激发所需的入射光子照射到器件上时，CH₃NH₃PbX₃晶体吸收光子，载流子被激发，产生电子(e^-)-空穴(h⁺)，电子和空穴传输到对应的电极上，进而形成一个完整的电流循环。

钙钛矿太阳能电池虽然取得了较高的光电转换效率，但是钙钛矿稳定性不高，易和空气中的水、氧反应而降解。此外，空穴传输材料较昂贵，常用的电极Au和Ag需要能耗较高的真空蒸镀来制备。在钙钛矿电池对电极材料的选取中，碳材料被证明是一种可以替代贵金属电极的低材料成本和低电池制作成本(无需高真空蒸镀)的对电极材料，并且碳材料也具有很好的稳定性。基于碳电极的钙钛矿太阳能电池表现出了相较金属电极更好的稳定性。相比于Pt、Au、Ag等贵金属材料，碳电极价格低廉，并且在自然界中广泛存在。2013年，石墨/碳黑复合材料被用于钙钛矿太阳能电池的对电极，制得了一种全固态、可印刷、稳定性较高的电池。目前，碳电极的钙钛矿太阳能电池的效率已超过了19％。通过使用无机半导体空穴传输材料，能够进一步提高电池的光电效率。因此，本发明通过制备一种碳/CuO复合电极的方法来制备出了一种提高碳基钙钛矿太阳能电池光电转换效率和稳定性，以期为未来的商业化提供一定的借鉴和参考意义。

发明内容

本发明针对碳基钙钛矿太阳能电池稳定性及效率问题，开发了一种提高钙钛矿太阳能电池光电性能的碳复合电极的制备方法。采用了碳浆料/CuO复合电极材料制备碳电极并将之应用到钙钛矿太阳能电池中，起到了提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和稳定性的目的，

本发明的碳复合电极浆料可以提高碳基钙钛矿太阳能电池稳定性及空穴传输能力。同时制作工艺简单，成本极低，所制得的碳基钙钛矿太阳能电池具有较好的光电效率。

本发明的一种提高钙钛矿太阳能电池光电性能的碳复合电极的制备方法，所述碳电极包括导电基板和碳对电极两部分组成；其中导电基片为可透光的导电玻璃。

所述透明导电玻璃为掺F的SnO₂导电玻璃(FTO)或掺Sn的In₂O₃导电玻璃(ITO)中的一种。