一种钙钛矿太阳电池的电子传输层及其制备方法技术

一种钙钛矿太阳电池的电子传输层及其制备方法，该方法先利用一步溶胶凝胶法联合水热法合成了一种TiO2:Sm

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳电池的电子传输层及其制备方法
本专利技术属于太阳电池
，涉及一种钙钛矿太阳电池的电子传输层及其制备方法，具体涉及一种对280～400nm紫外区能量全吸收的钙钛矿太阳电池的电子传输层及其制备方法。
技术介绍
钙钛矿太阳电池自问世以来吸引了无数致力于解决未来全球能源及环境问题的专家的热切关注。从2009年以来经过不断探索和努力，其最高效率已经超过了20％，批量化单次输出效率也可以稳定到14％以上。凭借较低的成本、简单的制备工艺、极高的转换效率，该电池在第三代新型太阳电池中处于绝对领先的地位。未来，在高输出性能的基础上，制备稳定性足以满足常态化应用的钙钛矿电池成为阻碍其在商业上和生产生活中实际应用的关键问题。当前钙钛矿电池所面临的首要问题就是其紫外不稳定问题。高能量的紫外线一方面使钙钛矿晶格失稳失效，一方面将引起通常所用的TiO2电子传输层对钙钛矿薄膜强烈的光催化效应。因此，研究者提出了很多解决方案，包括：界面修饰、更换电子传输层和改变钙钛矿薄膜组分，但是到目前为止，仍然没有切实可行的方案。考虑到太阳光谱中的紫外线分布在小于400nm的波段范围，但透过臭氧层入射到地表的紫外线在280～400nm的范围，所以对于地表使用的钙钛矿电池来说，只要合理的处理280～400nm的范围的紫外光即可解决其紫外稳定性问题。因为下转换荧光材料可以将所吸收的高能量、短波长的紫外区光子，转换成更多的低能量、长波长的可见区光子，所以针对钙钛矿太阳电池的紫外光照不稳定问题，本专利在其结构中添加抗紫外增效膜，即下转换荧光膜，通过合理的选择下转换荧光材料，不仅避免了紫外线对钙钛矿薄膜的破坏，起到了抗紫外线的作用；而且更多的可见区光子数量将通过增强入射光的形式提高了电池的转换效率，这将起到增效的作用。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种钙钛矿太阳电池的电子传输层及其制备方法，利用TiO2:Sm3+在280～380nm的强激发以及ZnGa2O4:Eu3+在330～400nm的强激发的协同效应将可以穿过臭氧层的280～400nm范围的紫外光有效转变成可见光，专利技术了一种对280～400nm范围的紫外光全吸收的钙钛矿电子传输层制备方法。一种钙钛矿太阳电池的电子传输层，其特征在于，由掺杂了Sm3+离子的TiO2(TiO2：Sm3+)和掺杂了Eu3+离子的ZnGa2O4(ZnGa2O4：Eu3+)两层薄膜组成，TiO2：Sm3+沉积在掺氟氧化锡基体(FTO)上，ZnGa2O4：Eu3+沉积在TiO2：Sm3+上，TiO2：Sm3+薄膜和ZnGa2O4：Eu3+薄膜之间存在清晰的界面，TiO2：Sm3+薄膜和ZnGa2O4：Eu3+薄膜均呈现均匀致密全覆盖的状态。所述的TiO2：Sm3+薄膜和ZnGa2O4：Eu3+薄膜的厚度均为40-100nm。所述的TiO2：Sm3+薄膜由尺寸小于10纳米的TiO2：Sm3+纳米颗粒组成。所述的ZnGa2O4：Eu3+薄膜由尺寸小于15纳米的ZnGa2O4：Eu3+纳米颗粒组成。所述的TiO2：Sm3+薄膜中Sm元素的掺杂量占TiO2：Sm3+薄膜总质量的百分比为3～6％，ZnGa2O4：Eu3+薄膜中Eu元素的掺杂量占ZnGa2O4：Eu3+薄膜总质量的百分比为4～8％。一种钙钛矿太阳电池的电子传输层其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在FTO基体上制作TiO2：Sm3+薄膜：将钛酸四异丙脂、硝酸钐加入到80℃的硝酸水溶液中在强力搅拌的条件下进行溶胶凝胶反应；当反应物变成蓝白色透明胶体时，将所有反应物转入高温高压反应釜中200～240℃保温8～16小时，可得到TiO2：Sm3+悬浮液；将悬浮液体积浓缩到原来体积的1/8～1/4，用移液枪吸取体积为100微升悬浮液，滴加在FTO基体上，在5000～7000转每分下旋涂8～12分钟，旋涂结束后得到沉积在FTO基体上的TiO2：Sm3+薄膜；所述的钛酸四异丙脂、硝酸钐、硝酸和去离子水的体积质量比为1ml：(0.007～0.014)g：(0.2～0.3)ml：(22～67)ml；2)在TiO2：Sm3+薄膜上制作ZnGa2O4：Eu3+薄膜将醋酸锌、醋酸镓、醋酸铕和油胺装入三口烧瓶中，在氮气氛围下，将体系升温到250～300℃，搅拌6～10小时使反应物充分反应；然后将产物使用氯仿和甲醇进行离心分离，可以得到ZnGa2O4：Eu3+纳米颗粒；然后将ZnGa2O4：Eu3+纳米颗粒分散在乙醇溶剂中，配置成质量体积比为1g：30～40ml的悬浮液；用移液枪吸取体积为100微升悬浮液，滴加在步骤1)中所制备的TiO2：Sm3+薄膜表面，利用旋涂法在5000～7000转每分钟的条件下，旋涂4～8分钟即可得到在TiO2：Sm3+薄膜上均匀全覆盖的ZnGa2O4：Eu3+薄膜；醋酸锌、醋酸镓、醋酸铕和油胺的质量体积比为：1g∶2.69g∶(0.13～0.25)g∶(1500～2400)ml；所述的步骤1)中，将钛酸四异丙脂、硝酸钐同时加入80℃浓度为0.1mol/L的硝酸水溶液中，进行一步溶胶凝胶法反应。所述的步骤2)中将醋酸锌、醋酸镓、醋酸铕和油胺装入三口烧瓶中，在氮气氛围下，进行一步溶剂热反应。本专利技术的有益效果是：利用TiO2:Sm3+在280～380nm的强激发以及ZnGa2O4:Eu3+在330～400nm的强激发的协同效应将可以穿过臭氧层的280～400nm范围的紫外光有效转变成可见光，克服了单一下转换荧光层对紫外光谱吸收范围窄的问题，彻底解决了钙钛矿电池的紫外光照不稳定问题。本专利技术的方法操作简单，成本低廉。附图说明图1为实施例1所制备的TiO2:Sm3+纳米颗粒的透射电子显微镜形貌。图2为实施例1所制备的ZnGa2O4:Eu3+纳米颗粒的透射电子显微镜形貌。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步详细说明，但本专利技术不限于这些实施例。实施例1本实施例的一种钙钛矿太阳电池电子传输层由FTO基体、TiO2:Sm3+薄膜和ZnGa2O4:Eu3+薄膜组成，TiO2:Sm3+均匀全覆盖在FTO上，ZnGa2O4:Eu3+均匀全覆盖在TiO2:Sm3+上，每层薄膜的厚度为60nm，TiO2:Sm3+薄膜由尺寸约5纳米的TiO2:Sm3+纳米颗粒组成，ZnGa2O4:Eu3+薄膜由尺寸约10纳米的ZnGa2O4:Eu3+纳米颗粒组成。TiO2:Sm3+薄膜中Sm元素的掺杂量占TiO2:Sm3+总质量的百分比为3％，ZnGa2O4:Eu3+薄膜中Eu元素的掺杂量占ZnGa2O4:Eu3+总质量的百分比为6％。上述钙钛矿太阳电池电子传输层的制备是由以下步骤组成：步骤1：在FTO基体上沉积TiO2:Sm3+薄膜量取浓度为1.42g/ml的硝酸0.71ml溶解在160ml去离子水中，配置成硝酸水溶液，再量取密度为1g/ml的钛酸四异丙脂4ml在强力搅拌条件下，逐滴加入到已经配置好的硝酸水溶液中，硝酸和钛酸四异丙脂的质量比为1000:3967，滴加完毕后，称量0.028g的硝酸钐加入反应体系，硝酸、钛酸四异丙脂和硝酸钐的质量比为1000:3967:7；接下来，持续搅拌直到反应物变成蓝白色透明胶体时，将所有反应物转入高温高压反应釜中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钙钛矿太阳电池的电子传输层，其特征在于，由掺杂了Sm

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳电池的电子传输层，其特征在于，由掺杂了Sm3+离子的TiO2(TiO2：Sm3+)和掺杂了Eu3+离子的ZnGa2O4(ZnGa2O4：Eu3+)两层薄膜组成，TiO2：Sm3+沉积在掺氟氧化锡基体(FTO)上，ZnGa2O4：Eu3+沉积在TiO2：Sm3+上，TiO2：Sm3+薄膜和ZnGa2O4：Eu3+薄膜之间存在清晰的界面，TiO2：Sm3+薄膜和ZnGa2O4：Eu3+薄膜均呈现均匀致密全覆盖的状态。2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳电池的电子传输层，其特征在于，所述的TiO2：Sm3+薄膜和ZnGa2O4：Eu3+薄膜的厚度均为40-100nm。3.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳电池的电子传输层，其特征在于，所述的TiO2：Sm3+薄膜由尺寸小于10纳米的TiO2：Sm3+纳米颗粒组成。4.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳电池的电子传输层，其特征在于，所述的ZnGa2O4：Eu3+薄膜由尺寸小于15纳米的ZnGa2O4：Eu3+纳米颗粒组成。5.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳电池的电子传输层，其特征在于，所述的TiO2：Sm3+薄膜中Sm元素的掺杂量占TiO2：Sm3+薄膜总质量的百分比为3～6％，ZnGa2O4：Eu3+薄膜中Eu元素的掺杂量占ZnGa2O4：Eu3+薄膜总质量的百分比为4～8％。6.一种钙钛矿太阳电池的电子传输层其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在FTO基体上制作TiO2：Sm3+薄膜：将钛酸四异丙脂、硝酸钐加入到80℃的硝酸水溶液中在强力搅拌的条件下进行溶胶凝胶反应；当反应物变成蓝白色透明胶体时，将所有反应物转入高温高压反应釜中200～240℃保温8～16小...

【专利技术属性】
技术研发人员：李燕，周勇，王丽爽，姚建洮，董会，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61