一種同軸異質結鈣鈦礦太陽能電池的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及化學太陽能電池新材料領域，尤其是涉及鈣鈦礦太陽能電池的制備方法。
【背景技術】
[0002]鈣鈦礦太陽能電池是一種新型太陽能電池，經(jīng)過短短幾年的發(fā)展，其光電轉換效率由最初報道的3%左右迅速提高到目前20%左右的水平。同時，該類電池還具有低成本、制備工藝簡單、光電轉換效率高等特點，因此具有良好的應用前景，有望替代現(xiàn)有高成本太陽能電池。
[0003]鈣鈦礦太陽能電池由最初報道的以鈣鈦礦量子點為敏化劑類似于量子點或染料敏化太陽能電池的結構演變成類似金屬肖特基結太陽能電池、平面異質結、或將鈣鈦礦材料灌注到構建好的電子傳輸層一絕緣層一空穴或碳傳輸層孔洞中。不同結構對電池性能影響很大，其中效率最高的是平面異質結鈣鈦礦太陽能電池。在平面異質結鈣鈦礦太陽能電池中，電子和空穴要穿過各自傳輸材料層才能到達外電路。在傳輸過程中，復合反應會降低電池光電轉換效率，特別是各關鍵材料層較厚時，暗反應更為嚴重。同時，該結構電池制備工藝復雜。
[0004]因此，探索一種采用簡單方法就可以制備的新型鈣鈦礦太陽能電池結構，同時又能獲得較高的光電轉換效率和良好的長期穩(wěn)定性是該類太陽能電池走向實用化的關鍵技術。體異質結在有機太陽能電池中已經(jīng)被證明是一種高效的電池結構。同軸異質結類似于體異質結，但比體異質結更加有序。將這種結構引入到鈣鈦礦太陽能電池中，有望實現(xiàn)光生電子快速分離和傳輸。
[0005]有鑒于此，本工藝方法在經(jīng)過一系列的研究和試驗的基礎上，開發(fā)出一種新型同軸異質結鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法，本案由此產(chǎn)生。
【發(fā)明內容】
[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種同軸異質結鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其方法簡單，且所制備的太陽能電池具有較高的光電轉換效率和良好的長期穩(wěn)定性。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0008]—種同軸異質結鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，制備步驟如下:
[0009]第一步，合成長徑比為100?500的銀-銅核殼結構同軸異質納米線，將此銀-銅核殼結構同軸異質納米線分散在乙醇溶液中，得到濃度為10?100mg/mL的銀-銅核殼結構同軸異質納米線的乙醇分散液；
[0010]第二步，將此銀-銅核殼結構同軸異質納米線的乙醇分散液涂覆到表面具有30?50nm厚二氧化鈦致密層的導電玻璃上，在空氣氣氛中50?200 °C熱處理0.5?1.5h，使銀-銅核殼結構同軸異質納米線中的銅殼轉變成氧化銅殼，并使所得的銀-氧化銅核殼結構同軸異質納米線牢固粘附在導電玻璃上；[ΟΟ?1 ]第三步，往此銀-氧化銅核殼結構同軸異質納米線的間隙中填充粒徑為2?5nm的二氧化鋯量子點顆粒，經(jīng)過空氣氣氛中50?100 °C烘干后，置于氬氣氣氛下300?500 °C熱處理0.5?1.5h；
[0012]第四步，將此銀-氧化銅核殼結構同軸異質納米線中的氧化銅殼和銀核分步刻蝕掉，往其中分步填充鈣鈦礦前驅體和空穴傳輸材料，經(jīng)過氬氣氣氛下100?150 °C熱處理0.5?1.5h，鈣鈦礦前驅體和空穴傳輸材料分別形成鈣鈦礦層和空穴傳輸層，再蒸鍍上金或銀膜，形成同軸異質結鈣鈦礦太陽能電池。
[0013]上述第一步具體如下:以市售的長徑比為100?500的銀納米線為模板，將其分散在濃度為I?1mg/mL的十六烷基三甲基溴化銨水溶液中，所得的分散液體積為10mL ；往其中添加濃度為0.1?lmol/L的氯化銅水溶液25ml和1.5?15mol/L的氫氧化鈉的水溶液25mL ；室溫下充分攪拌0.5?Ih后，往混合液中加入濃度為I?5mg/mL的水合肼水溶液I OmL ；繼續(xù)攪拌0.5?Ih后，將混合液用4000轉/分離心1min，收集沉淀，并分散在乙醇中，得到濃度為1?I OOmg/mL的銀-銅核殼結構同軸異質納米線的乙醇分散液。
[0014]上述第四步中，所述分步刻蝕采用的試劑為氯化銨和硝酸鐵。
[0015]所制備的同軸異質結鈣鈦礦太陽能電池中鈣鈦礦層填充在二氧化鋯膜內的銀-氧化銅核殼結構同軸異質納米線中氧化銅殼被刻蝕后留下的納米管道中，空穴傳輸層填充在二氧化鋯膜內的銀-氧化銅核殼結構同軸異質納米線中銀核被刻蝕后留下的納米管道中，使鈣鈦礦層和空穴傳輸層分別替換原模板中的殼核部分，形成新的同軸異質結。
[0016]采用上述方案后，本發(fā)明采用分步刻蝕被致密二氧化鋯膜包覆的銀-氧化銅核殼結構同軸異質納米線中的氧化銅殼和銀核，并分步填充鈣鈦礦前驅體和空穴傳輸材料，用鈣鈦礦層和空穴傳輸層分別替換核殼結構同軸異質納米線中的殼和核，形成鈣鈦礦一空穴傳輸材料核殼結構同軸異質納米線三維網(wǎng)絡結構。本發(fā)明制備方法簡單，且鈣鈦礦太陽能電池中鈣鈦礦材料與空穴傳輸材料以殼一核結構存在于同一納米線中，有利于光生電子快速分離及電子和空穴快速傳輸，同時鈣鈦礦前驅體和空穴傳輸材料被二氧化鋯致密膜包覆，有利于提高電池穩(wěn)定性。通過本發(fā)明方法所制備的太陽能電池具有較高的光電轉換效率和良好的長期穩(wěn)定性。此外，本發(fā)明方法也可用于制備P-N核殼結構同軸異質結太陽能電池。
【具體實施方式】
[0017]實施例一:
[0018]本發(fā)明一種同軸異質結鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，制備步驟如下:
[0019]第一步，以市售的長徑比為400的銀納米線為模板，將其分散在濃度為5mg/mL的十六烷基三甲基溴化銨水溶液中，所得的分散液體積為10mL;往其中添加濃度為0.5mol/L的氯化銅水溶液25mL和7.5mol/L的氫氧化鈉水溶液25mL ；室溫下充分攪拌Ih后，所到混合液，往此混合液中加入濃度為2.5mg/mL的水合肼水溶液1mL;繼續(xù)攪拌Ih后，將此混合液用4000轉/分離心1min，收集沉淀，并分散在乙醇中，得到濃度為50mg/mL的銀-銅核殼結構同軸異質納米線的乙醇分散液；
[0020]第二步，準備表面具有30?50nm厚的二氧化鈦致密層的導電玻璃，將此銀-銅核殼結構同軸異質納米線的乙醇分散液涂覆到此導電玻璃上具有所述二氧化鈦致密層的一面，形成0.8μπι厚的銀-銅核殼結構同軸異質納米線膜，在150°C空氣氣氛中熱處理Ih使銀-銅核殼結構同軸異質納米線中的銅殼轉變成氧化銅殼，并使所得的銀-氧化銅核殼結構同軸異質納米線牢固粘附在此導電玻璃上；
[0021]第三步，往此銀-氧化銅核殼結構同軸異質納米線的間隙中填充平均粒徑為3nm的二氧化鋯量子點顆粒，經(jīng)過100 °C空氣氣氛中烘干后，置于450 °C氬氣氣氛下熱處理0.5h，使二氧化鋯量子點形成二氧化鋯致密膜；
[0022]第四步，將此銀-氧化銅核殼結構同軸異質納米線中的氧化銅殼用5mol/L氯化銨水溶液刻蝕