一種同軸異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及化學(xué)太陽(yáng)能電池新材料領(lǐng)域，尤其是涉及鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是一種新型太陽(yáng)能電池，經(jīng)過(guò)短短幾年的發(fā)展，其光電轉(zhuǎn)換效率由最初報(bào)道的3%左右迅速提高到目前20%左右的水平。同時(shí)，該類電池還具有低成本、制備工藝簡(jiǎn)單、光電轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)，因此具有良好的應(yīng)用前景，有望替代現(xiàn)有高成本太陽(yáng)能電池。
[0003]鈣鈦礦太陽(yáng)能電池由最初報(bào)道的以鈣鈦礦量子點(diǎn)為敏化劑類似于量子點(diǎn)或染料敏化太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)演變成類似金屬肖特基結(jié)太陽(yáng)能電池、平面異質(zhì)結(jié)、或?qū)⑩}鈦礦材料灌注到構(gòu)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(jié)構(gòu)對(duì)電池性能影響很大，其中效率最高的是平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。在平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中，電子和空穴要穿過(guò)各自傳輸材料層才能到達(dá)外電路。在傳輸過(guò)程中，復(fù)合反應(yīng)會(huì)降低電池光電轉(zhuǎn)換效率，特別是各關(guān)鍵材料層較厚時(shí)，暗反應(yīng)更為嚴(yán)重。同時(shí)，該結(jié)構(gòu)電池制備工藝復(fù)雜。
[0004]因此，探索一種采用簡(jiǎn)單方法就可以制備的新型鈣鈦礦太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，同時(shí)又能獲得較高的光電轉(zhuǎn)換效率和良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性是該類太陽(yáng)能電池走向?qū)嵱没年P(guān)鍵技術(shù)。體異質(zhì)結(jié)在有機(jī)太陽(yáng)能電池中已經(jīng)被證明是一種高效的電池結(jié)構(gòu)。同軸異質(zhì)結(jié)類似于體異質(zhì)結(jié)，但比體異質(zhì)結(jié)更加有序。將這種結(jié)構(gòu)引入到鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中，有望實(shí)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(guò)一系列的研究和試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，開發(fā)出一種新型同軸異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及其制備方法，本案由此產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種同軸異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，其方法簡(jiǎn)單，且所制備的太陽(yáng)能電池具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率和良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]—種同軸異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，制備步驟如下:
[0009]第一步，合成長(zhǎng)徑比為100?500的銀-銅核殼結(jié)構(gòu)同軸異質(zhì)納米線，將此銀-銅核殼結(jié)構(gòu)同軸異質(zhì)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(jié)構(gòu)同軸異質(zhì)納米線的乙醇分散液；
[0010]第二步，將此銀-銅核殼結(jié)構(gòu)同軸異質(zhì)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(dǎo)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(jié)構(gòu)同軸異質(zhì)納米線中的銅殼轉(zhuǎn)變成氧化銅殼，并使所得的銀-氧化銅核殼結(jié)構(gòu)同軸異質(zhì)納米線牢固粘附在導(dǎo)電玻璃上；[ΟΟ?1 ]第三步，往此銀-氧化銅核殼結(jié)構(gòu)同軸異質(zhì)納米線的間隙中填充粒徑為2?5nm的二氧化鋯量子點(diǎn)顆粒，經(jīng)過(guò)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(jié)構(gòu)同軸異質(zhì)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(qū)體和空穴傳輸材料，經(jīng)過(guò)氬氣氣氛下100?150 °C熱處理0.5?1.5h，鈣鈦礦前驅(qū)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(zhì)結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。
[0013]上述第一步具體如下:以市售的長(zhǎng)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?jǐn)嚢?.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(zhuǎn)/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(jié)構(gòu)同軸異質(zhì)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(zhì)結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中鈣鈦礦層填充在二氧化鋯膜內(nèi)的銀-氧化銅核殼結(jié)構(gòu)同軸異質(zhì)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(nèi)的銀-氧化銅核殼結(jié)構(gòu)同軸異質(zhì)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(zhì)結(jié)。
[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(jié)構(gòu)同軸異質(zhì)納米線中的氧化銅殼和銀核，并分步填充鈣鈦礦前驅(qū)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(jié)構(gòu)同軸異質(zhì)納米線中的殼和核，形成鈣鈦礦一空穴傳輸材料核殼結(jié)構(gòu)同軸異質(zhì)納米線三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，且鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中鈣鈦礦材料與空穴傳輸材料以殼一核結(jié)構(gòu)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(shí)鈣鈦礦前驅(qū)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(guò)本發(fā)明方法所制備的太陽(yáng)能電池具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率和良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。此外，本發(fā)明方法也可用于制備P-N核殼結(jié)構(gòu)同軸異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池。
【具體實(shí)施方式】
[0017]實(shí)施例一:
[0018]本發(fā)明一種同軸異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，制備步驟如下:
[0019]第一步，以市售的長(zhǎng)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?jǐn)嚢鐸h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(zhuǎn)/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(jié)構(gòu)同軸異質(zhì)納米線的乙醇分散液；
[0020]第二步，準(zhǔn)備表面具有30?50nm厚的二氧化鈦致密層的導(dǎo)電玻璃，將此銀-銅核殼結(jié)構(gòu)同軸異質(zhì)納米線的乙醇分散液涂覆到此導(dǎo)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(jié)構(gòu)同軸異質(zhì)納米線膜，在150°C空氣氣氛中熱處理Ih使銀-銅核殼結(jié)構(gòu)同軸異質(zhì)納米線中的銅殼轉(zhuǎn)變成氧化銅殼，并使所得的銀-氧化銅核殼結(jié)構(gòu)同軸異質(zhì)納米線牢固粘附在此導(dǎo)電玻璃上；
[0021]第三步，往此銀-氧化銅核殼結(jié)構(gòu)同軸異質(zhì)納米線的間隙中填充平均粒徑為3nm的二氧化鋯量子點(diǎn)顆粒，經(jīng)過(guò)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(diǎn)形成二氧化鋯致密膜；
[0022]第四步，將此銀-氧化銅核殼結(jié)構(gòu)同軸異質(zhì)納米線中的氧化銅殼用5mol/L氯化銨水溶液刻蝕