基于針狀焦的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池背電極的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種利用針狀焦作為巧鐵礦太陽(yáng)能電池背電極的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光伏器件通過把太陽(yáng)光福射的光能轉(zhuǎn)化成電能，由于期間所產(chǎn)生的能量對(duì)環(huán)境造 成的影響最小而受到人們的廣泛關(guān)注。盡管由娃和復(fù)合半導(dǎo)體制成的固態(tài)異質(zhì)結(jié)器件有 很高的效率，甚至統(tǒng)治了整個(gè)商業(yè)市場(chǎng)，但是該些光伏技術(shù)由于材料昂貴和制作工藝復(fù)雜 等缺陷，使之在市場(chǎng)上的進(jìn)一步發(fā)展受到了抑制（化t.化oton.，2012,6, 162 - 169,化化re， 2012,488, 304 - 312,化t.Wioton.，2012,6, 133 - 135,Adv.Mater.，2007,19, 1551 - 1566)。 因此，有機(jī)電池（Adv.Mater.，2006,18, 789 - 794，Adv.EnergyMater.，2011，1, 517 - 522， Adv.Mater.，2009, 21，1似4 - 1449)，無(wú)機(jī)電池（Adv.Mater.，2012, 24, 720 - 723,J.Am. 化em.Soc.，2012,134, 2910 - 2913)，量子點(diǎn)電池和染料敏化太陽(yáng)能電池值SSCs)(化化re， 1991，353, 737 - 740,Adv.F^mct.Mater.，2005,15, 1940 - 1944,Adv.F^mct.Mater.，2013， 23 (26) ,3344 - 3352，Mater.Today, 2013,16, 11 - 18)等一系列新興電池由于其制作成本低 廉和工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)受到人們的廣泛關(guān)注。但是該些光伏器件的效率始終不能滿足需要。 有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化金屬面化物C冊(cè)畑3化X3因具有與屬正交（斜方）晶系的氧化物礦物化Ti03 相同的結(jié)構(gòu)而得名；有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化巧鐵礦。在過去的=年中，該種材料一直被用作太陽(yáng) 能電池的光敏劑（NanoLett. ,2013,13, 1764 - 1769)，其原因是它有很多的優(yōu)點(diǎn)；直接帶 隙、較大的光吸收系數(shù)和較高的載流子遷移率（J.Am.化em.Soc.，2012,134, 17396 - 17399， Chem.Lett.，2012,41，397 - 399,Science, 1999, 286, 945 - 947)。目前，應(yīng)用有機(jī)材料（例 如Spiro-OMeTAD、PTAA)作為巧鐵礦太陽(yáng)能電池的空穴傳輸層所形成的太陽(yáng)能電池最終 的能量轉(zhuǎn)化效率通常能達(dá)到 12 ~15% (化t.Wioton.，2013,7, 486 - 491，Chem.Commun.， 2013,49, 7277 - 7279，Prog.Photovol:Res.Appl.，2012, 20, 12 - 20，EnergyElnviron. Sci. ,2013,6,1480 - 1485,EnergyEnviron.Sci. ,2013,6,1739 - 1743,Science,2012, 338, 643 - 647,J.Am.Chem.Soc. ,2009,131，6050 - 6051)，該種效率已經(jīng)和商業(yè)娃太陽(yáng)能電 池相當(dāng)。更為重要的是，該些巧鐵礦納米晶體由于本身具有自主裝性能故可W通過簡(jiǎn)單廉 價(jià)的方法進(jìn)行合成，該就預(yù)示著它完全有潛能去降低能量生產(chǎn)的成本。
[0003] 然而，該些具有較高效率的光伏設(shè)備所使用的背電極仍然是貴金屬金或者 是銀，并且需要在較高的真空條件下將其制備到巧鐵礦層上（J.Am.化em.Soc. ,2012， 134, 17396 - 17399,化t.Wioton.，2013,7,486 - 491)。很明顯，該種成本高的背電極并不適 合商業(yè)化的大規(guī)模生產(chǎn)。并且，該種真空蒸鍛法來(lái)制作背電極是一種極其耗能的方法。因 此，要尋找廉價(jià)豐富的材料來(lái)作為有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化巧鐵礦太陽(yáng)能電池的背電極。
[0004] 碳材料由于來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，已經(jīng)被成功應(yīng)用在染料敏化太陽(yáng)能電池中（Sol. ElnergyMate.Sol.Cells, 1996,44, 99 - 117，Carbon53,2013,53, 11 - 18，Elechochim. Acta, 2012,69, 3；M- 339，Appl.Phys.Lett.，2009,94, 103102)。1996 年，Kay和GrjitzeTI 首次把碳黑和石墨的復(fù)合物應(yīng)用到液態(tài)染料敏化太陽(yáng)能電池的背電極，并獲得了 6. 7%的 能量轉(zhuǎn)換效率（Sol.EnergyMate.Sol.Cells, 1996,44, 99 - 117)。該種單機(jī)版電池的優(yōu)點(diǎn) 就是不同功能層可W通過簡(jiǎn)單的絲網(wǎng)印刷技術(shù)一層一層的印刷到FT0玻璃上，該對(duì)于W后 的商業(yè)化生產(chǎn)具有積極的推動(dòng)作用。此外，碳的功函數(shù)（-5.OeV)與金（-5.lev)的功函數(shù) 非常接近。盡管碳的種種優(yōu)點(diǎn)表明它可能是代替金作為巧鐵礦太陽(yáng)能電池背電極的最好材 料，但是迄今為止，關(guān)于該方面的文獻(xiàn)報(bào)道卻少之又少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是要提供一種利用針狀焦作為巧鐵礦太陽(yáng)能電池背電極的制備方 法，能夠組裝成穩(wěn)定性高、廉價(jià)易得的巧鐵礦太陽(yáng)能電池。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是按照W下技術(shù)方案實(shí)施的：
[0007] 一種基于針狀焦的巧鐵礦太陽(yáng)能電池背電極的制備方法，將針狀焦與異丙醇的機(jī) 械混合物噴涂到巧鐵礦層作為巧鐵礦太陽(yáng)能電池的背電極得到穩(wěn)定性高、廉價(jià)易得的巧鐵 礦太陽(yáng)能電池，步驟如下：
[000引 （1)針狀焦的前處理；針狀焦的前處理加熱溫度為50-300°C;
[0009] (2)異丙醇脫水前處理；異丙醇的脫水方法是用3A分子篩進(jìn)行脫水；
[0010] (3)機(jī)械混合；將針狀焦與脫水后的異丙醇進(jìn)行機(jī)械混合，球磨；其中，針狀焦與 異丙醇的質(zhì)量比為70-30:1，球磨時(shí)間為2-4她；
[0011] (4)噴涂；將針狀焦與異丙醇的機(jī)械混合物噴涂到巧鐵礦層，針狀焦與異丙醇的 機(jī)械混合物噴涂到巧鐵礦層的噴涂用量是0. 125-2ml/cm2。
[0012] 所述的針狀焦為500°c、80(rc或1500°CS種不同碳化溫度的針狀焦。
[001引步驟似中3A分子篩回收的燒結(jié)溫度為100-600°c。
[0014] 本發(fā)明制備的針狀焦應(yīng)用于巧鐵礦太陽(yáng)能電池背電極中。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0016] 1.針狀焦是一種廉價(jià)易得的碳材料，用針狀焦代替貴金屬Au或Ag作為巧鐵礦太 陽(yáng)能電池的背電極會(huì)極大的降低電池的成本。
[0017] 2.將針狀焦作為巧鐵礦太陽(yáng)能電池的背電極所采用的組裝方法是噴涂，該就解決 了使用貴金屬Au或Ag作為巧鐵礦太陽(yáng)能電池背電極時(shí)真空蒸鍛所產(chǎn)生的耗能問題。
[0018] 3.使用針狀焦作為巧鐵礦太陽(yáng)能電池的背電極，有利于巧鐵礦太陽(yáng)能電池的一個(gè) 長(zhǎng)期穩(wěn)定性，其原因是針狀焦的疏水作用。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制得的樣品S的SEM照片。
[0020] 圖2是實(shí)施例1制得的基于針狀焦背電極的巧鐵礦太陽(yáng)能電池?zé)崽幚碇暗墓怆?流-電壓掃描曲線圖。
[0021] 圖3是實(shí)施例1制得的基于針狀焦背電極的巧鐵礦太陽(yáng)能電池?zé)崽幚碇蟮墓怆?流-電壓掃描曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖W及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，在此發(fā)明的示意性實(shí)施例 w及說(shuō)明用來(lái)解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0023] 實(shí)施例1
[0024] 首先對(duì)1500°C碳化的針狀焦進(jìn)行120°C，12小時(shí)的加熱脫水處理；烘干后，稱量 ISOOmg針狀焦與35ml異丙醇（先進(jìn)行脫水處理）進(jìn)行機(jī)械混合，再加入一些錯(cuò)珠一起放入 球磨機(jī)中球磨20個(gè)小時(shí)；球磨之后取出4. 5ml針狀焦與異丙醇的機(jī)械混合物，在手套箱中， 用噴涂機(jī)采用噴涂的方式把針狀焦組裝到巧鐵礦層之上，記為樣品S，其SEM照片如圖1所 /J、-〇
[0025] 將上述組裝好的巧鐵礦太陽(yáng)能電池，進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換效率測(cè)試；隨后，將電池放入真 空干燥箱中在62°C的環(huán)境中加熱2化，再一次進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換效率測(cè)試。上述實(shí)施例中，所用 測(cè)試條件為室溫環(huán)境，使用太陽(yáng)光模擬器任ecceU-L15,日本），光強(qiáng)1. 5AM，100mW/cm2條 件下和Keithley2601數(shù)字源表，測(cè)得電池（有效面積0. 12cm2)的光電性能。結(jié)果見下 表：
[0026]
[0027]綜述，本發(fā)明使用針狀焦作為巧鐵礦太陽(yáng)能電池的背電極所組裝形成的電池，在 真空干燥箱中進(jìn)行熱處理后，其光電轉(zhuǎn)換效率有明顯上升的趨勢(shì)。實(shí)施例1所制得的巧 鐵礦太陽(yáng)能電池光電流-電壓掃描曲線圖如圖2所示；熱處理后，巧鐵礦太陽(yáng)能電池光電 流-電壓掃描曲線圖如圖3所示。
[002引本發(fā)明的技術(shù)方案不限于上述具體實(shí)施例的限制，凡是根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案做 出的技術(shù)變形，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于針狀焦的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池背電極的制備方法，其特征在于，步驟如下： (1) 針狀焦的前處理：針狀焦的前處理加熱溫度為50-300°C; (2) 異丙醇脫水前處理：異丙醇的脫水方法是用3A分子篩進(jìn)行脫水； (3) 機(jī)械混合：將針狀焦與脫水后的異丙醇進(jìn)行機(jī)械混合，球磨；其中，針狀焦與異丙 醇的質(zhì)量比為70-30:1，球磨時(shí)間為2-48h; (4) 噴涂：將針狀焦與異丙醇的機(jī)械混合物噴涂到鈣鈦礦層，針狀焦與異丙醇的機(jī)械 混合物噴涂到鈣鈦礦層的噴涂用量是〇. 125-2ml/cm2。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的針狀焦為500°C、800°C或 1500°C三種不同碳化溫度的針狀焦。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，步驟（2)中3A分子篩回收的燒 結(jié)溫度為100-600 °C。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于針狀焦的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池背電極的制備方法，首先對(duì)不同溫度碳化的針狀焦進(jìn)行120℃，12小時(shí)的加熱脫水處理；烘干后，稱量1800mg針狀焦與35ml異丙醇進(jìn)行機(jī)械混合，再加入一些鋯珠一起放入球磨機(jī)中球磨20個(gè)小時(shí)；球磨之后取出用噴涂機(jī)把剛剛制備的樣品在手套箱中噴涂到鈣鈦礦層之上，應(yīng)用此種電池結(jié)構(gòu)不用使用導(dǎo)電性低和不利于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池長(zhǎng)期穩(wěn)定性的空穴傳輸層和價(jià)格昂貴的對(duì)電極Au或Ag，為未來(lái)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的大規(guī)模生產(chǎn)提供了重要的理論依據(jù)。
【IPC分類】H01G9/20, H01G9/048, H01G9/042
【公開號(hào)】CN104900413
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510164332
【發(fā)明人】史彥濤, 郭瑩, 郝策
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)
【公開日】2015年9月9日
【申請(qǐng)日】2015年4月8日