一种钙钛矿太阳能电池TiO2电子传输层的制备方法技术

本发明专利技术涉及钙钛矿太阳能电池制备技术领域，且公开了一种钙钛矿太阳能电池TiO2电子传输层的制备方法，包括以下步骤：S1.取50～70份纳米TiO2、5～25份微米TiO2，备用；S2.将步骤S1中的纳米TiO2置于蒸馏水中，超声分散均匀；S3.步骤S2中的纳米TiO2水溶液与微米TiO2加入到反应器中，分散均匀，将溶剂蒸发除去；S4.将步骤S3中分散均匀的TiO2颗粒缓慢加入到25份PDADMAC中，分散均匀后，制备得到TiO2涂料；S5.先采用刮涂方法将步骤S4中的TiO2涂料涂布在钙钛矿太阳能电池的FTO电极层上，真空干燥，制备得到TiO2电子传输层。本发明专利技术解决了钙钛矿太阳能电池TiO2电子传输层的制备方法，存在的涂覆涂层不均匀与难以沉积大面积的连续涂层、以及制备温度较高的技术问题。

A Method for Preparing Electron Transport Layer of Perovskite Solar Cells

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳能电池TiO2电子传输层的制备方法
本专利技术涉及钙钛矿太阳能电池制备
，具体为一种钙钛矿太阳能电池TiO2电子传输层的制备方法。
技术介绍
如图1所示，结构为FTO/TiO2/CH3NH3PbI3/Spiro-OMeTAD/Au的钙钛矿太阳能电池主要由FTO电极层1、TiO2电子传输层2、CH3NH3PbI3钙钛矿吸收层3、Spiro-OMeTAD空穴传输层4和Au电极层5五部分组成。如图2所示，结构为FTO/TiO2/CH3NH3PbI3/Spiro-OMeTAD/Au的钙钛矿太阳能电池的工作原理为：当CH3NH3PbI3钙钛矿吸收层3吸收太阳光被激发后，产生一对自由电子和空穴；被激发到钙钛矿导带的自由电子扩散到CH3NH3PbI3钙钛矿吸收层3/TiO2电子传输层2界面处，并注入到TiO2电子传输层2的导带中，自由电子在TiO2电子传输层2中传输并到达FTO电极层1，然后流经外电路到达Au电极5；在自由电子被激发到钙钛矿导带的同时，空穴也在钙钛矿价带产生并扩散到CH3NH3PbI3钙钛矿吸收层3/Spiro-OMeTAD空穴传输层4界面处，然后注入到Spiro-OMeTAD空穴传输层4的价带中，空穴在Spiro-OMeTAD空穴传输层4中传输并到达Au电极5，在此处与自由电子结合，完成一个回路。目前TiO2电子传输层2的制备方法常采用的是旋涂法，采用旋涂方法制备的TiO2电子传输层2由于用均胶机旋涂时存在离心作用，促使涂层会呈现有的区域可能较厚，有的区域可能较薄，观察涂层的SEM照片发现，纳米二氧化钛颗粒有的团聚，大小不一，呈层状堆叠在一起，并且有的纳米二氧化钛颗粒之间还有孔隙，尤其是旋涂法难以实现沉积大面积、连续的钙钛矿薄膜，此外旋涂法在旋涂涂层之后需要在400～500℃下进行高温烧结，而高温烧结的方法不适合柔性衬底的钙钛矿太阳能电池。本专利技术提供一种钙钛矿太阳能电池TiO2电子传输层的制备方法，旨在解决钙钛矿太阳能电池TiO2电子传输层的制备方法，存在的涂覆涂层不均匀与难以沉积大面积的连续涂层、以及制备温度较高的技术问题。
技术实现思路
(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种钙钛矿太阳能电池TiO2电子传输层的制备方法，解决了钙钛矿太阳能电池TiO2电子传输层的制备方法，存在的涂覆涂层不均匀与难以沉积大面积的连续涂层、以及制备温度较高的技术问题。(二)技术方案为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种钙钛矿太阳能电池TiO2电子传输层的制备方法，包括以下步骤：S1.取50～70份纳米TiO2、5～25份微米TiO2，备用；S2.将步骤S1中的纳米TiO2置于蒸馏水中，超声分散均匀；S3.步骤S2中的纳米TiO2水溶液加入到装有搅拌装置和加热装置的反应器中，在300～600r/min的搅拌速率下，先将5～10g三聚磷酸钠缓慢加入到反应器中，充分溶解后，再缓慢将步骤S1中的微米TiO2加入到反应器中，于300～600r/min下搅拌2h，之后，在温度110～130℃、搅拌速率180～300r/min下，将溶剂蒸发除去；S4.将步骤S3中分散均匀的TiO2颗粒缓慢加入到25份PDADMAC中，分散均匀后，制备得到TiO2涂料；S5.先采用刮涂方法将步骤S4中的TiO2涂料涂布在钙钛矿太阳能电池的FTO电极层上，于65～85℃下真空干燥1～3h，制备得到TiO2电子传输层。优选的，所述步骤S1中，纳米TiO2的平均粒径≤100nm、微米TiO2的平均粒径≤25um。优选的，所述步骤S3中，微米TiO2加入到反应器后，于600r/min下搅拌2h。优选的，所述步骤S5中，TiO2涂料涂布在钙钛矿太阳能电池的FTO电极层上，于65℃下真空干燥3h。(三)有益的技术效果与现有技术相比，本专利技术具备以下有益的技术效果：本专利技术通过将纳米级TiO2颗粒和微米级TiO2颗粒均匀分散在PDADMAC粘结剂中得到TiO2涂料，采用刮涂方法将TiO2涂料刮涂在钙钛矿太阳能电池的FTO电极层上，于65℃下真空干燥1h，制备得到TiO2电子传输层，该TiO2电子传输层，在1000倍下的SEM照片显示，TiO2颗粒大小分布均匀致密，没有发生团聚，且颗粒之间无孔隙；且本专利技术的制备温度仅为65℃，与现有技术中TiO2电子传输层的制备温度400～500℃相比，取得了显著降低TiO2电子传输层制备温度的技术效果，从而适合用于柔性衬底；本专利技术采用刮涂法能够实现沉积大面积、连续TiO2电子传输层的技术效果。附图说明图1为现有技术中结构为FTO/TiO2/CH3NH3PbI3/Spiro-OMeTAD/Au的钙钛矿太阳能电池的结构示意图；图2为现有技术中结构为FTO/TiO2/CH3NH3PbI3/Spiro-OMeTAD/Au的钙钛矿太阳能电池的工作原理图。图中标示：1-FTO电极层，2-TiO2电子传输层，3-CH3NH3PbI3钙钛矿吸收层，4-Spiro-OMeTAD空穴传输层，5-Au电极层。具体实施方式实施例一：上述TiO2电子传输层的制备方法包括以下步骤：S1.取60g平均粒径≤100nm的TiO2、15g平均粒径≤25um的TiO2，备用；S2.将步骤S1中的平均粒径≤100nm的TiO2置于100mL蒸馏水中，超声分散均匀；S3.步骤S2中的纳米TiO2水溶液加入到装有搅拌装置和加热装置的反应器中，在300r/min的搅拌速率下，先将5g三聚磷酸钠缓慢加入到反应器中，充分溶解后，再缓慢将步骤S1中的平均粒径≤25um的TiO2加入到反应器中，于300r/min下搅拌2h，之后，在温度110℃、搅拌速率180r/min下，将溶剂蒸发除去；S4.将步骤S3中分散均匀的TiO2颗粒缓慢加入到25gPDADMAC中，分散均匀后，制备得到TiO2涂料；S5.先采用刮涂方法将步骤S4中的TiO2涂料涂布在钙钛矿太阳能电池的FTO电极层上，于65℃下真空干燥3h，制备得到TiO2电子传输层；S6.测试步骤S5中的TiO2电子传输层，在1000倍下的SEM照片显示，TiO2颗粒大小分布均匀致密，没有发生团聚，且颗粒之间无孔隙。实施例二：S1.取50g平均粒径≤100nm的TiO2、25g平均粒径≤25um的TiO2，备用；S2.将步骤S1中的平均粒径≤100nm的TiO2置于100mL蒸馏水中，超声分散均匀；S3.步骤S2中的纳米TiO2水溶液加入到装有搅拌装置和加热装置的反应器中，在500r/min的搅拌速率下，先将8g三聚磷酸钠缓慢加入到反应器中，充分溶解后，再缓慢将步骤S1中的平均粒径≤25um的TiO2加入到反应器中，于500r/min下搅拌2h，之后，在温度120℃、搅拌速率240r/min下，将溶剂蒸发除去；S4.将步骤S3中分散均匀的TiO2颗粒缓慢加入到25gPDADMAC中，分散均匀后，制备得到TiO2涂料；S5.先采用刮涂方法将步骤S4中的TiO2涂料涂布在钙钛矿太阳能电池的FTO电极层上，于85℃下真空干燥1h，制备得到TiO2电子传输层；S6.测试步骤S5中的TiO2电子传输层，在1000倍下的SEM照片显示，TiO2颗粒大小分布均匀致密，没有发生团聚，且颗粒之间无孔隙。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钙钛矿太阳能电池TiO2电子传输层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.取50～70份纳米TiO2、5～25份微米TiO2，备用；S2.将步骤S1中的纳米TiO2置于蒸馏水中，超声分散均匀；S3.步骤S2中的纳米TiO2水溶液加入到装有搅拌装置和加热装置的反应器中，在300～600r/min的搅拌速率下，先将5～10g三聚磷酸钠缓慢加入到反应器中，充分溶解后，再缓慢将步骤S1中的微米TiO2加入到反应器中，于300～600r/min下搅拌2h，之后，在温度110～130℃、搅拌速率180～300r/min下，将溶剂蒸发除去；S4.将步骤S3中分散均匀的TiO2颗粒缓慢加入到25份PDADMAC中，分散均匀后，制备得到TiO2涂料；S5.先采用刮涂方法将步骤S4中的TiO2涂料涂布在钙钛矿太阳能电池的FTO电极层上，于65～85℃下真空干燥1～3h，制备得到TiO2电子传输层。

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池TiO2电子传输层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.取50～70份纳米TiO2、5～25份微米TiO2，备用；S2.将步骤S1中的纳米TiO2置于蒸馏水中，超声分散均匀；S3.步骤S2中的纳米TiO2水溶液加入到装有搅拌装置和加热装置的反应器中，在300～600r/min的搅拌速率下，先将5～10g三聚磷酸钠缓慢加入到反应器中，充分溶解后，再缓慢将步骤S1中的微米TiO2加入到反应器中，于300～600r/min下搅拌2h，之后，在温度110～130℃、搅拌速率180～300r/min下，将溶剂蒸发除去；S4.将步骤S3中分散均匀的TiO2颗粒缓慢加入到...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂益民，
申请(专利权)人：涂益民，
类型：发明
国别省市：云南,53