本發(fā)明屬于太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)是涉及一種增強(qiáng)光吸收型鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池及其制備方法。

背景技術(shù)：

鈣鈦礦電池(pvsk)是一種有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合型的，以mapbx3為吸光材料，配合電子和空穴傳輸材料的新型太陽(yáng)能電池。其封裝前的厚度僅有數(shù)微米，遠(yuǎn)薄于非晶硅、cigs等傳統(tǒng)薄膜太陽(yáng)能電池，成本也僅是其它太陽(yáng)能硅電池組件的三分之一。鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池所采用的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦具有較大激子結(jié)合能和優(yōu)良的非線性光學(xué)性能。雜化鈣鈦礦材料具有優(yōu)異的自組裝性能，且結(jié)構(gòu)和性能人工可調(diào)，顯示了其在光電領(lǐng)域中巨大的應(yīng)用前景，如用于平板顯示器、光電導(dǎo)元件、傳感器、光電池等。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池以極快的發(fā)展速度和優(yōu)異的性能，已然成為當(dāng)今光伏領(lǐng)域內(nèi)最重要的研究熱點(diǎn)之一，開(kāi)始其電池的光電轉(zhuǎn)換效率只有3.8％，2014年初，韓國(guó)化學(xué)技術(shù)研究所(krict)將該效率提升到17.9％。2014年5月，加州大學(xué)洛杉磯分校(ucla)的yang等已經(jīng)將此效率提升到19.3％。這種發(fā)展速度使得這類太陽(yáng)能電池備受關(guān)注。

目前此類光電功能材料的研究多集中于單層鈣鈦礦無(wú)機(jī)片層的二維結(jié)構(gòu)的研究。二維結(jié)構(gòu)的多層鈣鈦礦無(wú)機(jī)片層和不同有機(jī)組成將帶來(lái)新的性能和現(xiàn)象，雜化鈣鈦礦材料的可調(diào)控性的研究對(duì)光電功能材料的研究具有重大的意義。太陽(yáng)能電池工作原理為太陽(yáng)光照射電池內(nèi)部形成的pn結(jié)，光激發(fā)pn結(jié)電子躍遷，產(chǎn)生電子空穴對(duì)。電子空穴對(duì)被pn結(jié)內(nèi)電場(chǎng)分開(kāi)，然后傳輸?shù)教?yáng)能電池的兩極。但太陽(yáng)能電池在實(shí)際工作中，各層之間在傳輸空穴 -電子的同時(shí)，其也發(fā)生著空穴-電子對(duì)的再?gòu)?fù)合與湮滅，既太陽(yáng)能內(nèi)部發(fā)生的暗電流。目前并沒(méi)有很好的方法來(lái)消除暗電流的產(chǎn)生，因此，提高太陽(yáng)能電池光吸收，增加光電流的產(chǎn)生，是增加太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率的可行方法。

如今出現(xiàn)了介孔鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，傳統(tǒng)的介孔鈣鈦礦太陽(yáng)能電池主要由導(dǎo)電基底、致密層、骨架層、鈣鈦礦層、空穴傳輸層、對(duì)電極構(gòu)成。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池可認(rèn)為衍生于染料敏化太陽(yáng)能電池(dsc)，因此傳統(tǒng)的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池大多沿襲了染料敏化太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)和材料，采用具有特殊化學(xué)及電學(xué)特性的多孔tio2作為骨架層。骨架層主要起到了支撐框架以及電荷傳輸?shù)淖饔茫谥蟮难芯恐幸灿惺褂媒^緣體a12o3作為骨架層，該骨架層則只是起到了支撐框架的作用，電荷傳輸則是由鈣鈦礦本身進(jìn)行的。

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，tio2作為常用的骨架層材料，本身仍然還有一些局限性。比如其電子遷移率相對(duì)于zno等同類無(wú)機(jī)氧化物半導(dǎo)體偏低，導(dǎo)致電子在tio2層內(nèi)部的傳輸損耗較大；由于tio2內(nèi)部缺陷、與鈣鈦礦界面的接觸不夠緊密等因素導(dǎo)致其電子收集效率不高，從而電流較低。這些局限性都限制了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率的提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種增強(qiáng)光吸收型鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池及其制備方法，以解決現(xiàn)有介孔鈣鈦礦太陽(yáng)能電池由于介孔層的缺陷導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)換效率不理想的技術(shù)問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，作為本發(fā)明的一方面，提供了一種增強(qiáng)光吸收型鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池。所述增強(qiáng)光吸收型鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池包括透明導(dǎo)電襯底和在所述透明導(dǎo)電襯底表面依次層疊結(jié)合的電子傳輸層、介孔層、鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸層和電極，所述介孔層材料包括氧化鋁和銀與二氧化硅的復(fù)合納米顆粒的混合物；其中，所述復(fù)合納米顆粒是以所述銀為 核體，以所述二氧化硅包覆層的核殼結(jié)構(gòu)。

作為本發(fā)明的另一方面，提供了一種增強(qiáng)光吸收型鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，其包括如下制備步驟：

在透明導(dǎo)電襯底表面形成電子傳輸層；

將納米氧化鋁、銀與二氧化硅的復(fù)合納米顆粒混合配制成介孔層的前驅(qū)體溶液，并將所述前驅(qū)體溶液涂覆于所述電子傳輸層外表面，并經(jīng)燥退火處理，形成介孔層；其中，所述復(fù)合納米顆粒是以所述銀為核體，以所述二氧化硅包覆層的核殼結(jié)構(gòu)；

在所述介孔層外表面依次形成鈣鈦礦層、空穴傳輸層和電極。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明增強(qiáng)光吸收型鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池采用含氧化鋁和銀與二氧化硅的復(fù)合納米顆粒的混合物作為介孔層，該介孔層協(xié)作鈣鈦礦吸光層能有效提高光的吸收能力，激發(fā)更多的光生載流子，進(jìn)而提高鈣鈦礦吸光層的電性能和電池的器件效率。其中，該介孔層中的金屬銀納米點(diǎn)的近場(chǎng)電場(chǎng)在表面等離子體激發(fā)下增加，加大了太陽(yáng)能電池對(duì)于光的吸收效率；并且被金屬銀納米點(diǎn)散射掉的光，進(jìn)入太陽(yáng)能電池，增加了光的路徑長(zhǎng)度；金屬銀納米點(diǎn)也可以直接用作敏化劑，用來(lái)捕獲光以及將光致電子注入到電子受體中。其次，加入金屬銀納米點(diǎn)可以調(diào)節(jié)鈣鈦礦半導(dǎo)體中的激子結(jié)合能，使其大幅減小，進(jìn)而減小了耦合的電子空穴對(duì)分離所需要的能量，有利于pn結(jié)中產(chǎn)生更多的電子空穴對(duì)，增加光電流的產(chǎn)生。

本發(fā)明實(shí)施例增強(qiáng)光吸收型鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池制備方法采用納米氧化鋁、銀與二氧化硅的復(fù)合納米顆粒進(jìn)行制備介孔層，使得該介孔層能夠協(xié)助鈣鈦礦吸光層，提高鈣鈦礦吸光層的吸光吸收能力，并激發(fā)更多的光生載流子，從而提高制備的增強(qiáng)光吸收型鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。另一方面，采用一步涂覆法形成介孔層工藝簡(jiǎn)單易操作，更有利于推進(jìn)產(chǎn)業(yè)大批量生產(chǎn)，降低太陽(yáng)能電池的成本。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例增強(qiáng)光吸收型鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例增強(qiáng)光吸收型鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池制備方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例與附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種具有高吸光能力的增強(qiáng)光吸收型鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池。所述增強(qiáng)光吸收型鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其包括透明導(dǎo)電襯底1和在所述透明導(dǎo)電襯底1表面依次層疊結(jié)合的電子傳輸層2、介孔層3、鈣鈦礦吸光層4、空穴傳輸層5和電極6。

其中，上述透明導(dǎo)電襯底1一方面起到基體的作用，另一方面其作為太陽(yáng)光的入射界面。在一實(shí)施例中，導(dǎo)電襯底1選用但不僅僅fto導(dǎo)電玻璃。該fto導(dǎo)電玻璃能夠有效吸收從鈣鈦礦吸光層4傳遞過(guò)來(lái)的電子。另外，該導(dǎo)電襯底1的厚度可以是fto導(dǎo)電玻璃常規(guī)的厚度范圍。

上述電子傳輸層2能有效提高從鈣鈦礦吸光層4傳遞至導(dǎo)電襯底1的電子的傳輸速率。在一實(shí)施例中，該電子傳輸層2為二氧化鈦層，優(yōu)選的為致密二氧化鈦層。該二氧化鈦層結(jié)構(gòu)能夠有效提高電子向?qū)щ娨r底1傳輸?shù)乃俾屎吞岣唠娮幼⑷氲哪芰?，且具有空穴是阻擋功能，另一方面能有效阻止鈣鈦礦層4中的載流子與導(dǎo)電襯底1中的載流子復(fù)合。

在另一實(shí)施例中，該電子傳輸層2如致密二氧化鈦層的厚度為45nm-55nm。

上述介孔層3一方面能夠起到支撐框架以及電荷傳輸?shù)淖饔茫硪环矫嫫鋮f(xié)助鈣鈦礦吸光層4，提高鈣鈦礦吸光層4的吸光吸收能力，并激發(fā)更多 的光生載流子，從而提高制備的增強(qiáng)光吸收型鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

因此，在一實(shí)施例中，所述介孔層3材料包括氧化鋁和銀與二氧化硅的復(fù)合納米顆粒的混合物。進(jìn)一步實(shí)施例中，銀與二氧化硅的復(fù)合納米顆粒的混合物是以所述銀為核體，以所述二氧化硅包覆層的核殼結(jié)構(gòu)。這樣，通過(guò)選用特定的介孔層材料，使得其能夠與協(xié)作鈣鈦礦吸光層4能有效提高光的吸收能力，激發(fā)更多的光生載流子，進(jìn)而提高鈣鈦礦吸光層4的電性能和電池的器件效率。其中，核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合納米顆粒可以增加納米顆粒的比表面積，增加對(duì)于光的反射，還可以阻止ag與鈣鈦礦的直接接觸，防止二者發(fā)生反應(yīng)。另外，銀與二氧化硅的復(fù)合納米顆粒中的金屬銀納米點(diǎn)的近場(chǎng)電場(chǎng)在表面等離子體激發(fā)下增加，加大了太陽(yáng)能電池對(duì)于光的吸收效率；并且被金屬銀納米點(diǎn)散射掉的光，進(jìn)入太陽(yáng)能電池，增加了光的路徑長(zhǎng)度；金屬銀納米點(diǎn)也可以直接用作敏化劑，用來(lái)捕獲光以及將光致電子注入到電子受體中。其次，加入金屬銀納米點(diǎn)可以調(diào)節(jié)鈣鈦礦半導(dǎo)體中的激子結(jié)合能，使其大幅減小，進(jìn)而減小了耦合的電子空穴對(duì)分離所需要的能量，有利于pn結(jié)中產(chǎn)生更多的電子空穴對(duì)，增加光電流的產(chǎn)生。

在具體實(shí)施例中，所述復(fù)合納米顆粒中的粒徑為100nm-110nm。在另一具體實(shí)施例中，所述復(fù)合納米顆粒中的所述銀的粒徑為60nm-70nm。通過(guò)優(yōu)化復(fù)合納米顆粒結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高復(fù)合納米顆粒的上述作用。

在優(yōu)選實(shí)施例中，上述介孔層3材料中的所述氧化鋁與所述復(fù)合納米顆粒的質(zhì)量比為1：(0.3-0.4)。在另一優(yōu)選實(shí)施例中，上述介孔層3的厚度為400nm-500nm。通過(guò)優(yōu)化兩者的含量和對(duì)介孔層3厚度的控制，進(jìn)一步提高介孔層3的協(xié)助作用，以提高鈣鈦礦吸光層4能有效提高光的吸收能力，激發(fā)更多的光生載流子，進(jìn)而提高鈣鈦礦吸光層4的電性能和電池的器件效率。

上述鈣鈦礦吸光層4能有效吸收太陽(yáng)光，并被激發(fā)而產(chǎn)生光子產(chǎn)生電子 -空穴對(duì)并。在一實(shí)施例中，該鈣鈦礦吸光層4材料為可以選用常規(guī)的鈣鈦礦材料，也可以選用具有環(huán)保作用的錫鈣鈦礦材料。

在上述各實(shí)施例的基礎(chǔ)上，上述鈣鈦礦吸光層4的厚度為500nm-700nm。

上述空穴傳輸層5能夠有效收集并提高空穴傳輸速率，并提高空穴向電極6的注入能力。為了進(jìn)一步提高其收集并提高空穴傳輸速率以及提高空穴注入的作用。在一實(shí)施例中，該空穴傳輸層5為htm層，該htm層可以采用下文空穴傳輸層5制備方法制備獲得，在另一實(shí)施例中，所述空穴傳輸層的厚度為200nm-300nm。

上述電極6能夠有效收集從空穴傳輸層5傳至的空穴。在一實(shí)施例中，該電極6可以選用但不僅僅選用銀層。在另一實(shí)施例中，該電極6如銀層的厚度可以但不僅僅為100nm上下。

由上述可知，本發(fā)明實(shí)施例增強(qiáng)光吸收型鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池采用上文特定的介孔材料形成的介孔層3，因此，其能夠有效協(xié)助鈣鈦礦吸光層4，提高吸光吸收能力，并激發(fā)更多的光生載流子，從而提高制備的增強(qiáng)光吸收型鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。另外，通過(guò)優(yōu)化介孔層3材料的結(jié)構(gòu)和含量的控制，進(jìn)一步提高了本發(fā)明實(shí)施例光增強(qiáng)光吸收型鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池電轉(zhuǎn)換效率。

另一方面，在上文所述的本發(fā)明實(shí)施例增強(qiáng)光吸收型鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池的基礎(chǔ)上，本發(fā)明實(shí)施例還提供了本發(fā)明實(shí)施例增強(qiáng)光吸收型鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池的一種制備方法。本發(fā)明實(shí)施例增強(qiáng)光吸收型鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法如圖2所以示，同時(shí)參見(jiàn)圖1，其制備方法包括如下步驟：

s01.在透明導(dǎo)電襯底1表面形成電子傳輸層2；

s02.制備介孔層3：將納米氧化鋁、銀與二氧化硅的復(fù)合納米顆粒混合配制成介孔層3的前驅(qū)體溶液，并將所述前驅(qū)體溶液涂覆于所述電子傳輸層2外表面，并經(jīng)燥退火處理，形成介孔層3；

s03.在所述介孔層3外表面依次形成鈣鈦礦層4、空穴傳輸層5和電極6。

具體地，上述s01步驟中，透明導(dǎo)電襯底1的結(jié)構(gòu)、材料及規(guī)格等如上文所述的本發(fā)明實(shí)施例增強(qiáng)光吸收型鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池中的透明導(dǎo)電襯底1，為了篇幅，在此不再贅述。

在一實(shí)施例中，在表面依次形成電子傳輸層2之前，先對(duì)透明導(dǎo)電襯底1進(jìn)行預(yù)處理。在具體實(shí)施例中，對(duì)透明導(dǎo)電襯底1的預(yù)處理包括的步驟有：對(duì)透明導(dǎo)電襯底1依次使用堿性洗滌劑、丙酮和乙醇水溶液超聲清洗，再氮?dú)獯蹈?，然后使用uv紫外清洗若干時(shí)間，放入真空干燥箱備用。

在一實(shí)施例中，該步驟s01中，形成電子傳輸層2的方法可以將制備的電子傳輸層2的溶膠涂覆至所屬透明導(dǎo)電襯底1表面，如經(jīng)預(yù)處理后的透明導(dǎo)電襯底1表面。在具體實(shí)施例中，形成電子傳輸層2的方法是：

將四丁基鈦酸鹽和二乙醇胺的混合物在攪拌下加入水和乙醇的混合物，然后再室溫下放置，制成溶膠，再采用旋涂的方法將此溶膠涂在透明導(dǎo)電襯底1表面如fto的表面上，然后燒結(jié)得到致密二氧化鈦層。其中，在具體實(shí)施例中，四丁基鈦酸鹽和二乙醇胺的體積比為1：(0.23-0.25)，在一具體實(shí)施例中，四丁基鈦酸鹽和二乙醇胺的體積比為68：16.5。在所述混合物中，四丁基鈦酸鹽(或二乙醇胺)的體積含量80-81.3％。

上述步驟s02中的復(fù)合納米顆粒是如上文所述的增強(qiáng)光吸收型鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池介孔層3中的復(fù)合納米顆粒，具體的是所述復(fù)合納米顆粒是以所述銀為核體，以所述二氧化硅包覆層的核殼結(jié)構(gòu)。

在一實(shí)施例中，該復(fù)合納米顆粒的制備方法如下：

步驟s021.制備納米銀溶膠：將銀鹽、聚乙烯吡咯烷酮絡(luò)合劑溶解配制溶液，將所述溶液與還原劑混合進(jìn)行還原反應(yīng)得到納米銀溶膠；

步驟s022.將所述納米銀溶膠、正硅酸乙酯、氨水分散至溶劑中進(jìn)行水解反應(yīng)。

其中，在步驟s021中，銀鹽可以是但不僅僅是硝酸銀，溶液的溶劑可以是水。也即是將銀鹽、聚乙烯吡咯烷酮絡(luò)合劑溶解與水中，配制銀鹽的水溶液。在優(yōu)選實(shí)施例中，銀鹽、聚乙烯吡咯烷酮絡(luò)合劑與水的用量比是(40-50)mg：(45-55)mg：200ml。需要說(shuō)明的是，三者的用量關(guān)系僅僅表示三者的優(yōu)選比例關(guān)系，并非是限定銀鹽、聚乙烯吡咯烷酮絡(luò)合劑必須是mg含量，水是ml體積，在實(shí)際生產(chǎn)中可以根據(jù)三者的比例關(guān)系做適度的放大或縮小。

在另一實(shí)施例中，還原劑可以選用能夠與銀鹽反應(yīng)生產(chǎn)單質(zhì)銀的常規(guī)還原劑，如在具體實(shí)施例中，該還原劑可以但不僅僅為檸檬酸鈉。在一具體實(shí)施例中，該還原劑如檸檬酸鈉的添加量應(yīng)該是相對(duì)銀鹽足量，以保證銀鹽充分還原成單質(zhì)銀，如在一具體實(shí)施例中，該檸檬酸鈉與硝酸銀銀鹽的質(zhì)量比為但不僅僅為57：45。在還原反應(yīng)過(guò)程中，可以采用加熱如煮沸的方式加熱。理所當(dāng)然的是，在還原反應(yīng)過(guò)程中伴隨有攪拌處理，使得制備的單質(zhì)銀顆粒為納米級(jí)。如采用磁力攪拌處理。在具體實(shí)施例中，最后生成的所述納米銀溶膠中納米銀的質(zhì)量濃度為0.4mg/ml-0.5mg/ml。

上述步驟s022中，當(dāng)納米銀溶膠、正硅酸乙酯、氨水混合后，正硅酸乙酯由于吸附等作用，吸附于納米銀表面，并在氨水的作用下發(fā)生水解生成的二氧化硅。由于吸附的作用，二氧化硅包覆與納米銀表面，從而形成二氧化硅包覆納米銀的核殼結(jié)構(gòu)的納米級(jí)復(fù)合顆粒。為了提高該核殼結(jié)構(gòu)的性能，在一實(shí)施例中，所述納米銀溶膠、正硅酸乙酯、氨水的體積比為1：(0.0004-0.0008)：(0.5-0.8)。

在一優(yōu)選實(shí)施例中，該步驟s022是先將納米銀溶膠超聲處理，然后加入乙醇溶劑中并進(jìn)行分散，然后加入氨水，并通過(guò)控制氨水的量，將溶液的ph值調(diào)節(jié)并控制在10左右，然后分至少兩次加入正硅酸乙酯直至反應(yīng)完畢。待反應(yīng)完畢后，對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行固液分離，洗滌處理。

在一實(shí)施例中，上述步驟s02的前驅(qū)體溶液中，所述氧化鋁與所述復(fù)合納米顆粒的質(zhì)量比為1：(0.3-0.4)。如上文所述，通過(guò)調(diào)節(jié)氧化鋁與所述 復(fù)合納米顆粒的質(zhì)量比，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化形成的介孔層3的如上文所述的性能。

進(jìn)一步地，作為一實(shí)施例，上述步驟s02中的所述前驅(qū)體溶液是采用旋涂的方式涂覆于所述電子傳輸層2的外表面，其中，所述旋涂的工藝條件為：轉(zhuǎn)速為2500-3000rpm，旋涂時(shí)間為30s-60s。作為另一實(shí)施例，所述干燥退火處理的條件為：溫度為130℃-150℃，時(shí)間為30min-60min。通過(guò)對(duì)旋涂工藝和對(duì)干燥退貨處理?xiàng)l件控制，使得形成的介孔層3質(zhì)量高，吸收光的效果更佳。

上述步驟s03中，形成鈣鈦礦層4材料可以是如上文所述的常規(guī)鈣鈦礦漿料或者錫鈣鈦礦漿料。在一實(shí)施例中，在介孔層3外表面形成鈣鈦礦層4可以采用蒸鍍法在介孔層3表面形成。

步驟s03中，在鈣鈦礦層4外表面形成空穴傳輸層5的方法可以將空穴傳輸層5材料溶液采用旋涂法形成。形成空穴傳輸層5的材料溶液為spiro-ometad乙氰溶液。然后經(jīng)氧化活化處理即可。

該步驟s03中，形成電極6的方法可以采用蒸鍍法在空穴傳輸層5表面形成電極6。在具體實(shí)施例中，形成電極6的方法是：

通過(guò)控制電流保證電極材料如ag材料蒸鍍速度大概在0.2a0左右蒸鍍15min左右，當(dāng)膜厚達(dá)到20-30nm時(shí)候蒸鍍速率調(diào)節(jié)到0.5a0蒸鍍到100nm左右厚度的ag作為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的電極。

因此，本發(fā)明實(shí)施例增強(qiáng)光吸收型鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池制備方法采用納米氧化鋁、銀與二氧化硅的復(fù)合納米顆粒進(jìn)行制備介孔層3，使得該介孔層3能夠協(xié)助鈣鈦礦吸光層4，提高鈣鈦礦吸光層4的吸光吸收能力，并激發(fā)更多的光生載流子，從而提高制備的增強(qiáng)光吸收型鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。而且通過(guò)優(yōu)化涂覆工藝條件，有效提高了介孔層3的質(zhì)量，并保證了其性能。而且采用一步涂覆法形成介孔層3工藝簡(jiǎn)單易操作，更有利于推進(jìn)產(chǎn)業(yè)大批量生產(chǎn)，降低太陽(yáng)能電池的成本。

以下通過(guò)具體實(shí)施例來(lái)舉例說(shuō)明上述增強(qiáng)光吸收型鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能 電池及其制備方法等方面。

實(shí)施例1

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種增強(qiáng)光吸收型鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池及其制備方法。其中，增強(qiáng)光吸收型鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)為：fto/致密tio2/al2o3+ag@sio2介孔層/ch3nh3pbi3/htm/ag。

其制備方法如下：

s11.襯底處理：將襯底fto導(dǎo)電玻璃切成30x30mm依次采用堿性清洗液、丙酮、異丙醇和高純?nèi)ルx子水超聲清洗15分鐘，氮?dú)獯蹈桑又褂胾v清洗機(jī)對(duì)襯底表面臭氧清洗10分鐘，然后將其放入真空干燥箱備用；

s12.致密二氧化鈦層制備：首先將68ml的四丁基鈦酸酯和16.5ml的二乙醇胺溶解于210ml的乙醇之中，制成溶液a。然后將3.6ml的去離子水和100ml的酒精混合制成b。將溶液a攪拌，逐滴加入b，然后再室溫下放置24h制成二氧化鈦有機(jī)溶膠。然后將此溶膠采用旋涂法或提拉法制備在fto上，使用提拉法制備時(shí)提拉速度是2mm/s，停留時(shí)間20s，使用旋涂法時(shí)旋涂速度為2500rpm，30s然后在管式爐中設(shè)置溫度為450℃，升溫速率為10℃/min，自然降溫即可得到二氧化鈦致密層薄膜；

s13.介孔層的制備：

s131核殼結(jié)構(gòu)銀@二氧化硅納米顆粒制備：

1)納米銀溶膠制備：將45mg硝酸銀，50mgpvp溶解于200ml水中，得到硝酸銀溶液，將硝酸銀溶液與5ml,38.8mmol/l檸檬酸鈉溶液一起煮沸，磁力攪拌，15min后自然冷卻至室溫得到納米銀溶膠；

2)二氧化硅殼層制備：將上述納米銀溶膠超聲處理，取25ml分散到100ml乙醇中，磁力攪拌均勻，用氨水調(diào)節(jié)ph值至10左右，將10μlteos加入到混合液中，25℃恒溫反應(yīng)，兩小時(shí)后再滴加10μlteos，連續(xù)反應(yīng)24h。然后4000r/min離心20min,用無(wú)水乙醇洗滌，得到核殼結(jié)構(gòu)銀@二氧化硅納米顆粒；

s132介孔層的制備：將粒徑為30nm的氧化鋁異丙醇溶液，步驟s131制備的核殼結(jié)構(gòu)銀@二氧化硅納米顆粒和異丙醇按照1:0.6:0.4比例配制前驅(qū)體溶液；采用旋涂的方法制備到二氧化鈦致密層上，3000rpm，60s，然后加熱到150℃，保溫一個(gè)小時(shí)，即可得到氧化鋁/銀@二氧化硅介孔層，及介孔層；

s14鈣鈦礦吸收層薄膜制備：

s141.配制前驅(qū)體溶液：將碘化鉛溶解到dmf中，配制濃度為1m，70℃水浴攪拌15分鐘至完全溶解；將甲胺碘溶解于異丙醇中，配制濃度為10mg/ml；

s142.鈣鈦礦薄膜制備：將碘化鉛溶液滴到氧化鋁/銀@二氧化硅介孔層上，等待1min使其完全浸入介孔層中，然后進(jìn)行旋涂，旋涂速度為3000rpm，時(shí)間10s，將所得薄膜加熱到70℃，保溫30min；將制得薄膜浸沒(méi)到所制甲胺碘溶液中，時(shí)間40s，取出后加熱到100℃，保溫10min，即可得到鈣鈦礦吸收層薄膜；

s15.空穴傳輸層制備：將sprio-ometad(56.4mm)，li-tfst(29.9mm)，tbp(188mm)溶解到dmf中，將溶液加入到氯苯和乙腈的混合溶液(1:0.0175)，經(jīng)過(guò)溶液旋涂技術(shù)(6000rpm,10s)制備出空穴傳輸層；

s16.金屬電極制備：在空穴傳輸層表明進(jìn)行磁控濺射或熱蒸鍍，制備出銀電極。

實(shí)施例2

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種增強(qiáng)光吸收型鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池及其制備方法。其中，未增強(qiáng)光吸收型鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)為：fto/致密tio2/al2o3介孔層/ch3nh3pbi3/htm/ag。

其制備方法如下：

s21.襯底處理：將襯底fto導(dǎo)電玻璃切成30x30mm依次采用堿性清洗液、丙酮、異丙醇和高純?nèi)ルx子水超聲清洗15分鐘，氮?dú)獯蹈?，接著使? uv清洗機(jī)對(duì)襯底表面臭氧清洗10分鐘，然后將其放入真空干燥箱備用；

s22.致密二氧化鈦層制備：首先將68ml的四丁基鈦酸酯和16.5ml的二乙醇胺溶解于210ml的乙醇之中，制成溶液a。然后將3.6ml的去離子水和100ml的酒精混合制成b。將溶液a攪拌，逐滴加入b，然后再室溫下放置24h制成二氧化鈦有機(jī)溶膠。然后將此溶膠采用旋涂法或提拉法制備在fto上，使用提拉法制備時(shí)提拉速度是2mm/s，停留時(shí)間20s，使用旋涂法時(shí)旋涂速度為2500rpm，30s然后在管式爐中設(shè)置溫度為450℃，升溫速率為10℃/min，自然降溫即可得到二氧化鈦致密層薄膜；

s23.介孔層的制備：將粒徑為30nm的氧化鋁異丙醇溶液，步驟s131制備的核殼結(jié)構(gòu)銀@二氧化硅納米顆粒和異丙醇按照1:0.6:0.4比例配制前驅(qū)體溶液；采用旋涂的方法制備到二氧化鈦致密層上，3000rpm，60s，然后加熱到150℃，保溫一個(gè)小時(shí)，即可得到氧化鋁/銀@二氧化硅介孔層，及介孔層；

s24鈣鈦礦吸收層薄膜制備：

s241.配制前驅(qū)體溶液：將碘化鉛溶解到dmf中，配制濃度為1m，70℃水浴攪拌15分鐘至完全溶解；將甲胺碘溶解于異丙醇中，配制濃度為10mg/ml；

s242.鈣鈦礦薄膜制備：將碘化鉛溶液滴到氧化鋁/銀@二氧化硅介孔層上，等待1min使其完全浸入介孔層中，然后進(jìn)行旋涂，旋涂速度為3000rpm，時(shí)間10s，將所得薄膜加熱到70℃，保溫30min；將制得薄膜浸沒(méi)到所制甲胺碘溶液中，時(shí)間40s，取出后加熱到100℃，保溫10min，即可得到鈣鈦礦吸收層薄膜；

s25.空穴傳輸層制備：將sprio-ometad(56.4mm)，li-tfst(29.9mm)，tbp(188mm)溶解到dmf中，將溶液加入到氯苯和乙腈的混合溶液(1:0.0175)，經(jīng)過(guò)溶液旋涂技術(shù)(6000rpm,10s)制備出空穴傳輸層；

s26.金屬電極制備：在空穴傳輸層表明進(jìn)行磁控濺射或熱蒸鍍，制備出 銀電極。

增強(qiáng)光吸收型鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池相關(guān)性能測(cè)試

將上述實(shí)施例1至實(shí)施例2制備的增強(qiáng)光吸收型鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換率進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下述表1。

表1

由上述表1可知，上述實(shí)施例1-2中提供的增強(qiáng)光吸收型鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池采用核殼結(jié)構(gòu)銀@二氧化硅納米顆粒與氧化鋁顆粒復(fù)合材料作為介孔層，能夠改變鈣鈦礦吸光層的吸光能力，顯著的提高本發(fā)明增強(qiáng)光吸收型鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。