绿色溶剂替换法干燥的导电碳浆应用于钙钛矿太阳能电池制造技术

本发明专利技术公开了一种绿色溶剂替换法制备导电碳浆工艺，并将其应用于钙钛矿太阳能电池。该钙钛矿太阳能电池结构包括依次叠层的衬底、透明电极、致密层和多孔层、钙钛矿吸光层和碳对电极，其中碳对电极的制作材料主要为一种用有机溶剂替换后干燥的导电碳浆，钙钛矿吸光层由具有钙钛矿结构的光伏材料构成。制备工艺主要在制备碳对电极材料的制备上有所创新。本发明专利技术的碳电极材料的制备仅用无水乙醇替换商业导电碳浆中的DBE溶剂，室温下可进行，其工艺简单、成本低廉、并且提高了电池的效率和稳定性，适合于各种结构的钙钛矿型太阳能对电极。

Application of Green Solvent Replacement Drying Conductive Carbon Slurry in Perovskite Solar Cells

The invention discloses a green solvent replacement method for preparing conductive carbon slurry and applies it to perovskite solar cells. The perovskite solar cell structure consists of successively laminated substrates, transparent electrodes, dense and porous layers, perovskite absorbing layer and carbon-pair electrodes. The carbon-pair electrodes are mainly made of a dry conductive carbon slurry replaced by organic solvents. The perovskite absorbing layer consists of photovoltaic materials with perovskite structure. The preparation process is mainly innovative in the preparation of carbon-based electrode materials. The preparation of the carbon electrode material of the invention can only replace DBE solvent in commercial conductive carbon slurry with absolute ethanol, and can be carried out at room temperature. The process is simple, the cost is low, and the efficiency and stability of the battery are improved. It is suitable for perovskite type solar energy pair electrodes of various structures.

【技术实现步骤摘要】
绿色溶剂替换法干燥的导电碳浆应用于钙钛矿太阳能电池
本专利技术涉及钙钛矿太阳能电池
，尤其涉及一种钙钛矿太阳能电池碳对电极材料的制备方法。
技术介绍
随着化石能源的不断消耗，人类世界面临着能源危机和环境污染两大问题，面对这些问题，世界各国的科学家们都在寻找一种新的清洁可再生能源来代替化石能源。清洁可再生能源有风能、地热能、潮汐能、生物质能和太阳能等。前三种受地域影响较大，有局限性，生物质能利用率较低，技术不成熟且成本较高，而太阳能不受地域限制，容易利用并且成本低。太阳能的利用方式主要是光电转换，太阳能电池就是一种把光能转化成电能的一种装置，具有环保、资源丰富、清洁可再生、成本低和与电能之间转换局限性小等诸多优点，在实际应用上有非常好的前景，因此广泛引起了人们的关注。钙钛矿太阳能电池近些年来由于其较高的转换效率成为社会的研究热点，最高的转换效率已经达到了23.2%。传统的钙钛矿太阳能电池含有空穴传输层（HTM）金属电极，这些电极材料存在着很多的问题，如成本高，稳定性差。常用的HTM有Spiro-MeoTAD、P3HT和PTAA等，这些HTM价格昂贵，而且使电池稳定性差。贵金属电极，如Au价格昂贵且不适用于工业化生产，Ag价格昂贵并且容易与钙钛矿层反应。碳材料有着储量丰富、成本低、功函数匹配和稳定性好等优点，是上述贵金属的理想替代品。所购买的商业化的导电碳浆中的溶剂为DBE，钙钛矿层很容易被这种导电碳浆的原溶剂破坏，使电池的稳定性和效率都不好。直接将商业导电碳浆干燥得到碳块体紧实，再次用氯苯分散的碳浆中存在大量碳块体使其不能和钙钛矿层很好的接触，导致电池效率不好。而用绿色溶剂替换法干燥的导电碳浆具有疏松多孔的结构非常容易干燥，且分散性好，与钙钛矿层的接触更加紧实，电池效率得到的明显提升。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种简单的方法将商业化的导电碳浆进行处理后用于钙钛矿太阳能电池的碳对电极的制作，其不仅能够减少对钙钛矿层的腐蚀，还能够使对电极和钙钛矿层有着更好的接触。本专利技术还在于提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，该钙钛矿太阳能电池的碳电极完整性更好，与光吸收层之间接触性更好。本专利技术是由以下技术方案实现的。一种用于制备钙钛矿太阳能电池的绿色溶剂替换的导电碳浆，其制备过程为，将商业的导电碳材料分散在无水乙醇中，以形成均匀的碳浆料；用无水乙醇洗涤抽滤；以及干燥所述碳浆料层以去除所述碳浆料层中的所述有机溶剂，从而获得碳对电极材料。具体地，导电碳浆与无水乙醇的比例为1:10。具体地，所形成的均匀碳浆料用无水乙醇抽滤洗涤。具体地，将抽滤得到的碳浆放在烘箱中60℃干燥1h。具体地，称取一定量的干燥后碳粉用氯苯分散。一种钙钛矿太阳能电池，其对电极是由新型溶剂替换的导电碳浆制备的。所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述的钙钛矿太阳能电池包括依次层叠的导电衬底、电子传输层、钙钛矿吸光层和碳对电极。进一步地，所述导电衬底包括FTO、ITO和其它柔性基底。进一步地，所述电子传输层由TiO2致密层和TiO2多孔层依次旋涂于导电玻璃上制成。进一步地，所述钙钛矿吸光层由浓度为1M的甲胺铅碘溶液一步旋涂而成。进一步地，所述碳对电极是由新型溶剂替换的导电碳浆用氯苯溶解后刮涂于钙钛矿层上。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的目的在于提供一种简单的方法将商业化的导电碳浆进行处理。用绿色溶剂替换制成的导电碳浆结构疏松，便于溶剂分散，且去除溶剂所需的温度较低，时间缩短，制成的钙钛矿电池性能优于直接干燥的导电碳浆，尤其是填充因子和光电转化效率大幅度提高，这是由于这种经过溶剂替换后的导电碳浆更疏松柔软，与钙钛矿层的接触面积增大，降低了电荷复合。附图说明图1为直接干燥的商业导电碳浆的图片。图2为用绿色溶剂替换商业导电碳浆后干燥的导电碳浆的图片。图3为直接干燥的商业导电碳浆的扫描电镜图。图4为用绿色溶剂替换商业导电碳浆后干燥的导电碳浆的扫描电镜图。图5为用直接干燥的商业导电碳浆材料制作的钙钛矿太阳能电池截面的扫描电镜图。图6为用绿色溶剂替换商业导电碳浆后干燥的导电碳浆材料制作的钙钛矿太阳能电池截面的扫描电镜图。图7为用直接干燥的商业导电碳浆材料和用绿色溶剂替换法干燥的商业导电碳浆材料分别制作的钙钛矿太阳能电池的J-V曲线。图8为用直接干燥的商业导电碳浆材料和用绿色溶剂替换法干燥的商业导电碳浆材料分别制作的钙钛矿太阳能电池的EIS曲线。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术作进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。本专利技术所述碳对电极钙钛矿太阳能电池器件结构，包括：透明导电衬底、致密层、多孔层、钙钛矿吸光层、碳电极。制备步骤如下。实施例1。1）导电玻璃的清洗：将整块FTO导电玻璃切成19*19mm2的小块，再分别用洗洁精、去离子水、异丙醇和无水乙醇超声洗涤20min，150℃、1h烘干。2）致密层的制备：将二异丙氧基双乙酰丙酮钛（75%的异丙醇溶液罗恩）与无水乙醇1:10体积比混合陈化1h得到混合溶液，将此溶液旋涂于FTO导电基底上再120℃加热20min去除溶剂。3）多孔层的制备：称取1.2gTiO2浆料（50nmTiO2颗粒、松油醇、乙基纤维素和月桂酸1.25:6:0.9:0.3wt%），加入10ml无水乙醇混合均匀旋涂于FTO/p-TiO2基底上再120℃加热20min去除溶剂，然后再放入马弗炉中5℃/min加热到450℃保温30min后再5℃/min升温到510℃保持1h后自然降温。4）钙钛矿层的制备：将碘化铅和碘甲胺按摩尔比1:1混合溶于DMSO和DMF的混合溶剂中，得到浓度为1M的钙钛矿溶液，并将其旋涂于FTO/p-TiO2/m-TiO2基底上。5）碳对电极的制备：将商业导电碳浆10g（深圳东大来）分散在100ml无水乙醇中，以形成均匀的碳浆料；用无水乙醇洗涤抽滤三次，再干燥以去除碳浆料层中的所述有机溶剂，从而获得碳对电极材料。称取制作的0.5g碳粉用3ml氯苯分散后刮涂于FTO/p-TiO2/m-TiO2/CH3NH3PbI3基底上，60℃加热10min去除溶剂。实施例2。一种本专利技术的钙钛矿太阳能电池，与实施例1实施方式及效果基本相同，区别仅在于：碳层的材料是用商业导电碳浆直接加热去除溶剂，再将其称取0.5g加入3ml氯苯溶解作为碳材料刮涂于FTO/p-TiO2/m-TiO2/CH3NH3PbI3基底上，60℃加热10min去除溶剂。所制作的钙钛矿太阳能电池的J-V曲线测试数据如下。以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，本专利技术的保护范围不仅局限于上述实施例。凡属于本专利技术思路下的技术方案均属于本专利技术的保护范围。应该指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下的改进和润饰，都应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制备钙钛矿太阳能电池的绿色溶剂替换的导电碳浆，其特征在于，用一种有机溶剂溶解替换商业导电碳浆中的原溶剂，其制备方法包括以下步骤：1）将商业的导电碳材料分散在有机溶剂中，以形成均匀的碳浆料；2）将形成的均匀浆料进行抽滤洗涤并用同步骤1）的有机溶剂洗涤；3）干燥抽滤所得到的碳浆料以去除所述碳浆料层中的有机溶剂，从而获得碳对电极材料。

【技术特征摘要】
1.一种用于制备钙钛矿太阳能电池的绿色溶剂替换的导电碳浆，其特征在于，用一种有机溶剂溶解替换商业导电碳浆中的原溶剂，其制备方法包括以下步骤：1）将商业的导电碳材料分散在有机溶剂中，以形成均匀的碳浆料；2）将形成的均匀浆料进行抽滤洗涤并用同步骤1）的有机溶剂洗涤；3）干燥抽滤所得到的碳浆料以去除所述碳浆料层中的有机溶剂，从而获得碳对电极材料。2.根据权利要求1所述的一种用于制备钙钛矿太阳能电池的绿色溶剂替换的导电碳浆，其特征在于，所述商业导电碳浆中的原溶剂为DBE，由深圳东大来公司生产。3.根据权利要求1所述的一种用于制备钙钛矿太阳能电池的绿色溶剂替换的导电碳浆，其特征在于，所述有机溶剂为无水乙醇。4.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，钙钛矿太阳能电池的对电极是由...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海潮，程健，谢亚红，
申请(专利权)人：新疆大学，
类型：发明
国别省市：新疆,65