本發(fā)明涉及一種全碳基鈣鈦礦太陽能電池及其制備工藝，屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著能源危機(jī)、環(huán)境污染等問題的日益加劇，人們對新型可再生能源的需求越來越顯著。可再生能源包括太陽能、水力、風(fēng)力、生物質(zhì)能、波浪能、潮汐能、海洋溫差能等，其中太陽能因具有可重復(fù)利用、成本低廉、用之不盡等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。對太陽能的利用可以有很多途徑，有直接利用太陽光的熱能，如常用的太陽能熱水器，還有將太陽能先轉(zhuǎn)換為其它能源再進(jìn)行利用，如太陽能電池是將太陽光的光能轉(zhuǎn)換為電能再進(jìn)行利用。目前廣泛應(yīng)用的硅太陽能電池由于制作成本較高、生產(chǎn)工藝復(fù)雜，其推廣應(yīng)用受到一定限制。近年來，一種基于有機(jī)無機(jī)復(fù)合鈣鈦礦材料作為吸光材料的全固態(tài)鈣鈦礦太陽能電池引起人們的極大關(guān)注，該種鈣鈦礦太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率已達(dá)22.1％，并且制備工藝簡單，加工成本低，已經(jīng)成為光伏領(lǐng)域的重要研究熱點(diǎn)。

傳統(tǒng)碳基鈣鈦礦太陽能電池通常使用二氧化鈦?zhàn)鳛殡娮觽鬏攲樱皆诙趸伇砻娴乃踉诠庹諚l件下會被氧化成超氧負(fù)離子和氫氧自由基，這些氧化物可以迅速地使鈣鈦礦層發(fā)生分解，使得傳統(tǒng)碳基鈣鈦礦太陽能電池光照穩(wěn)定性較差。為了提高碳基鈣鈦礦太陽能電池光照穩(wěn)定性，選擇穩(wěn)定且高效的電子傳輸層應(yīng)用于碳基鈣鈦礦太陽能電池顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于將富勒烯及其衍生物作為電子傳輸層應(yīng)用于碳基鈣鈦礦太陽能電池以制備全碳基鈣鈦礦太陽能電池。

一種全碳基鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，包括依次層疊的襯底、透明電極、電子傳輸層、鈣鈦礦吸光層和碳電極，鈣鈦礦吸光層是由具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的光伏材料構(gòu)成，電子傳輸層是由富勒烯或其衍生物構(gòu)成，厚度為5-50nm。

進(jìn)一步，所述襯底的構(gòu)成材料包括玻璃或柔性塑料。

進(jìn)一步，所述的透明電極材料包括銦錫氧化物、氟錫氧化物、鋁鋅氧化物。

進(jìn)一步，所述的鈣鈦礦層由化學(xué)通式為abxmy(3-m)型晶體結(jié)構(gòu)的一種或多種材料形成，其中a＝ch3nh3、c4h9nh3、nh2＝chnh2；b＝pb、sn；x,y＝cl、br、i；m為0至3內(nèi)任意值。

進(jìn)一步，所述的碳電極為碳納米管或碳漿料。

進(jìn)一步，電子傳輸層的制備使用真空蒸鍍系統(tǒng)將富勒烯c60以的速度蒸鍍到導(dǎo)電玻璃上或者采用溶液旋涂到導(dǎo)電玻璃。

本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明將富勒烯及其衍生物作為電子傳輸層應(yīng)用于碳基鈣鈦礦太陽能電池以制備全碳基鈣鈦礦太陽能電池。富勒烯是繼金剛石、石墨之后碳的第三種同素異形體。富勒烯獨(dú)特的三維共軛結(jié)構(gòu)使其具有較好的得電子特性和電子傳輸性質(zhì)，是一類重要的電子傳輸材料。富勒烯表面不含羥基，具有很好的穩(wěn)定性。同時(shí)富勒烯的能級結(jié)構(gòu)與鈣鈦礦能級比較匹配，鈣鈦礦與富勒烯之間可以形成高效的電子傳輸。以富勒烯或其衍生物作為電子傳輸層，可以有效淬滅ch3nh3pbi3的熒光，說明ch3nh3pbi3和富勒烯之間具有高效的電荷轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。同時(shí)，碳電極相對于金屬電極而言，不易被氧化腐蝕，性質(zhì)穩(wěn)定。因此，以富勒烯及其衍生物做為電子傳輸層制備的全碳基鈣鈦礦太陽能電池的光穩(wěn)定性能夠大大提高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中實(shí)施例1鈣鈦礦太陽能電池器件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的鈣鈦礦太陽能電池的i-v曲線。

圖3為不同電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池的空氣穩(wěn)定性測試結(jié)果(濕度55％，空氣)。

圖4為c60作為電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池的光穩(wěn)定性測試結(jié)果(濕度55％，空氣)。

具體實(shí)施方式

下述實(shí)施例中所使用的實(shí)驗(yàn)方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。

下述實(shí)施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。

實(shí)施例1、富勒烯作為電子傳輸層集成的全碳基鈣鈦礦太陽能電池器件及其性能表征

圖1示出了本發(fā)明所述富勒烯作為電子傳輸層集成的全碳基鈣鈦礦太陽能電池器件結(jié)構(gòu)，包括：透明導(dǎo)電襯底、富勒烯電子傳輸層、鈣鈦礦吸光層、碳電極。制備步驟如下：

(1)導(dǎo)電玻璃的清洗：連續(xù)兩遍使用去離子水、丙酮、異丙醇超聲清洗15分鐘并紫外臭氧處理20分鐘。

(2)富勒烯電子傳輸層的制備：使用真空蒸鍍系統(tǒng)在1×10^-7torr的真空度下將富勒烯c60以的速度蒸鍍到導(dǎo)電玻璃上，蒸鍍厚度為30nm。

(3)鈣鈦礦層的制備：將碘甲胺和碘化鉛按摩爾比1:1混合溶于dmf和dmso的混合溶劑中，得到濃度為1m的鈣鈦礦溶液。將鈣鈦礦旋涂于fto/c60基底上并95℃退火30min形成鈣鈦礦層。

(4)碳電極的制備：將由炭黑，石墨和環(huán)氧樹脂等按一定比例配制的碳漿料均勻涂覆在鈣鈦礦層上面形成碳電極，制得鈣鈦礦太陽能電池器件。

上述制備的鈣鈦礦太陽能電池的性能如表1所示(所有測試均在1個(gè)太陽下測得，100mw/cm²)。

表1鈣鈦礦太陽能電池性能

將實(shí)施例1中的c60作為電子傳輸層與旋涂的30nm厚的tio2電子傳輸層進(jìn)行對比，在圖2和表1中可以看出以c60作為電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率明顯高于以tio2作為電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池。圖3顯示了以c60作為電子傳輸層集成的全碳基鈣鈦礦太陽能電池的空氣穩(wěn)定性均大大提高。圖4顯示了以c60作為電子傳輸層集成的全碳基鈣鈦礦太陽能電池的光穩(wěn)定性在100小時(shí)內(nèi)還能保持99％以上。

實(shí)施例2、pcbm作為電子傳輸層集成的全碳基鈣鈦礦太陽能電池

一種本發(fā)明的鈣鈦礦太陽能電池，與實(shí)施例1實(shí)施方式及效果基本相同，區(qū)別僅在于：電子傳輸層采用富勒烯衍生物pcbm，將pcbm溶解于氯苯中形成20mg/ml的溶液，采用溶液旋涂的方法旋涂20nm在導(dǎo)電玻璃上形成。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例。凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)該指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下的改進(jìn)和潤飾，都應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種全碳基鈣鈦礦太陽能電池及其制備工藝。該鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)包括依次層疊的襯底、透明電極、富勒烯或其衍生物、鈣鈦礦吸光層和碳電極，其中富勒烯或其衍生物做為電子傳輸層，鈣鈦礦吸光層是由具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的光伏材料構(gòu)成。制備工藝包括在襯底上依次制備透明電極、富勒烯電子傳輸層、鈣鈦礦吸光層和碳電極。本發(fā)明的制備工藝操作簡單，成本低廉，電池的穩(wěn)定性高，可實(shí)現(xiàn)電池的工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：孟祥悅;周軍帥;侯杰;陶霞
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京化工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.15
技術(shù)公布日：2017.09.12