一种硫化钼/多孔碳纳米纤维复合电极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及太阳能电池技术领域，具体公开一种硫化钼/多孔碳纳米纤维复合电极材料及其制备方法和应用。制备方法包括如下步骤：将聚丙烯腈和可溶性钼盐加入N,N

【技术实现步骤摘要】
一种硫化钼/多孔碳纳米纤维复合电极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及太阳能电池
，尤其涉及一种硫化钼/多孔碳纳米纤维复合电极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，钙钛矿作为一种光敏材料由于其独特的光电效应，如高吸收系数和载流子迁移率、可调带隙、长载流子扩散长度以及对缺陷的显著耐受性等优点，备受研发人员关注。钙钛矿太阳能电池的功率转换效率目前已提高到25％以上，能够与商用硅基太阳能电池相媲美。到目前为止，研究较多的是如何提高小面积钙钛矿太阳能电池的性能，而大面积钙钛矿太阳能电池由于其较低的光电转换效率以及较高的用料成本而研究较少。因此，如何制作出高效且成本较低的大面积钙钛矿太阳能电池是实现钙钛矿太阳能电池商业化应用必须解决的关键问题。
[0003]碳纤维作为一种具有良好导电性能的功能碳材料，具有良好的疏水性，常被用作电极材料，虽然以碳纤维为主要材料的背电极与钙钛矿吸收层接触面积相对较大，但仍不足以有效提高碳基钙钛矿太阳能电池的效率，限制了钙钛矿太阳能电池的大规模应用。因此，研发一种新型功能碳材料，以提高大面积钙钛矿太阳能电池的稳定性和光电转化效率，对于推进大面积钙钛矿太阳能电池的商业化应用具有重要意义。

技术实现思路

[0004]针对现有碳基功能材料应用于钙钛矿太阳能电池时存在的光电转化效率较低的问题，本专利技术提供一种硫化钼/多孔碳纳米纤维复合电极材料及其制备方法和应用。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是：
[0006]一种硫化钼/多孔碳纳米纤维复合电极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]步骤a，将聚丙烯腈和可溶性钼盐加入N,N
‑
二甲基甲酰胺中，混合均匀，得纺丝液；
[0008]步骤b，将所述纺丝液进行静电纺丝，得纺丝薄膜；
[0009]步骤c，将所述纺丝薄膜于200℃
‑
250℃煅烧1h
‑
3h，然后于惰性气氛下，在800℃
‑
1000℃碳化1h
‑
3h，得所述硫化钼/多孔碳纳米纤维复合电极材料。
[0010]现对于现有技术，本专利技术提供的硫化钼/多孔碳纳米纤维复合电极材料的制备方法，制备得到的硫化钼/多孔碳纳米纤维复合电极材料具有多级网络多孔结构，显著增加了复合材料的比表面积，改善了钙钛矿吸收层的界面接触，有利于钙钛矿太阳能电池填充因子的提高；同时，掺杂在碳纤维中的硫化钼为与石墨结构类似的层状过渡金属硫化物，在硫化钼层内为强共价键结合，层间为弱范德华力连接，使得复合电极材料具有更好的离子传导性，从而有利于减少界面的载流子复合，提高了钙钛矿太能电池的开路电压；除此之外，采用硫化钼对碳纤维进行掺杂，可有效调控碳纤维的能级，使其与钙钛矿能级的匹配度更高，从而有利于空穴在钙钛矿太阳能电池中的传输，增加空穴传输效率；将硫化钼/多孔碳
纳米纤维复合电极材料制备成背电极，还可以充当空穴传输层，提高载流子迁移率，提升整体电池效率，在钙钛矿太阳能电池领域具有广阔的应用前景。
[0011]优选的，步骤a中，所述可溶性钼酸盐为四硫代钼酸铵。
[0012]优选的，步骤a中，所述聚丙烯腈与可溶性钼酸盐的质量比为4
‑
6:1。
[0013]优选的，步骤a中，所述纺丝液中聚丙烯腈的质量浓度为8％
‑
15％。
[0014]优选的聚丙烯腈和可溶性钼酸盐的加入量，可使制备的硫化钼/多孔碳纳米纤维复合材料制备成的背电极具有合适的功函数，从而有利于提高电子
‑
空穴的分离效率，进而明显提升钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。
[0015]优选的，步骤b中，所述静电纺丝的参数为：加载电压为15kV
‑
20kV，喷头与铝箔的距离为15cm
‑
20cm，流速为1mL/h
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1.5mL/h，湿度为25％
‑
35％。
[0016]优选的静电纺丝的参数有利于获得连续的纳米纤维膜。
[0017]进一步地，步骤b中，所述静电纺丝的参数为：加载电压为18kV，喷头与铝箔的距离为15cm，流速为1.2mL/h，湿度为30％。
[0018]优选的，步骤c中，将所述纺丝薄膜250℃煅烧2h，有利于使制备的碳纤维的多级网络结构更稳定。
[0019]优选的，步骤c中，以程序升温的方式升温至800℃
‑
1000℃，升温速率为3℃/min
‑
5℃/min。
[0020]进一步地，步骤c中，以程序升温的方式升温至900℃，升温速率为5℃/min。
[0021]优选的碳化温度、升温速率和时间，有利于保持纺丝纤维的多级网络结构，增加碳纤维的比表面积。
[0022]本专利技术还提供了一种硫化钼/多孔碳纳米纤维复合电极材料，由上述任一项所述的硫化钼/多孔碳纳米纤维复合电极材料的制备方法制备得到。
[0023]本专利技术还提供了一种钙钛矿太阳能电池，包括权上述的硫化钼/多孔碳纳米纤维复合电极材料。
[0024]本专利技术提供的硫化钼/多孔碳纳米纤维复合电极材料具有多级网络多孔结构，比表面积大，导电性强且性质稳定，将其制备出钙钛矿太阳能电池背电极，可使得太阳能电池拥有更匹配的能带结构，且作为背电极的同时还能充当空穴传输层，提高载流子迁移率，是一种理想的钙钛矿太阳能电池背电极材料，实用价值较高。
[0025]本专利技术还提供了上述钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
[0026]S101，将所述硫化钼/多孔碳纳米纤维复合电极材料与石墨混合均匀，加入松油醇中，球磨，得碳浆；
[0027]S102，将钛酸异丙酯与无水乙醇混合均匀，得致密层二氧化钛溶液；将致密层二氧化钛溶液旋涂至刻蚀后的导电玻璃表面，退火，得钙钛矿致密层；
[0028]S103，在钙钛矿致密层上印刷多孔二氧化钛电子传输层，退火，得钙钛矿多孔层；
[0029]S104，将碘化铅溶于N,N
‑
二甲基甲酰胺中，得碘化铅溶液；
[0030]将碘甲胺溶于异丙醇中，得碘甲胺溶液；
[0031]在所述钙钛矿多孔层自下而上依次旋涂碘化铅溶液和碘甲胺溶液，退火，得钙钛矿吸收层；
[0032]S105，在所述钙钛矿吸收层表面刮涂所述碳浆，退火，得钙钛矿太阳能电池。
[0033]本专利技术提供的钙钛矿太阳能电池背电极的制备方法简单，成本低，无需特殊设备，适合大规模生产应用，有利于实现钙钛矿太阳能电池的商业化应用。
[0034]优选的，步骤S101中，所述硫化钼/多孔碳纳米纤维复合电极材料、石墨和松油醇的质量比为3:1:10
‑
15。
[0035]优选的，步骤S101中，所述球磨的转速为300rpm
‑
500rpm，球磨的时间为12h
‑
36h。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硫化钼/多孔碳纳米纤维复合电极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤a，将聚丙烯腈和可溶性钼盐加入N,N
‑
二甲基甲酰胺中，混合均匀，得纺丝液；步骤b，将所述纺丝液进行静电纺丝，得纺丝薄膜；步骤c，将所述纺丝薄膜于200℃
‑
250℃煅烧1h
‑
3h，然后于惰性气氛下，在800℃
‑
1000℃碳化1h
‑
3h，得所述硫化钼/多孔碳纳米纤维复合电极材料。2.如权利要求1所述的硫化钼/多孔碳纳米纤维复合电极材料的制备方法，其特征在于，步骤a中，所述可溶性钼酸盐为四硫代钼酸铵。3.如权利要求1或2所述的硫化钼/多孔碳纳米纤维复合电极材料的制备方法，其特征在于，步骤a中，所述聚丙烯腈与可溶性钼酸盐的质量比为4
‑
6:1。4.如权利要求1所述的硫化钼/多孔碳纳米纤维复合电极材料的制备方法，其特征在于，步骤a中，所述纺丝液中聚丙烯腈的质量浓度为8％
‑
15％。5.如权利要求1所述的硫化钼/多孔碳纳米纤维复合电极材料的制备方法，其特征在于，步骤b中，所述静电纺丝的参数为：加载电压为15kV
‑
20kV，喷头与铝箔的距离为15cm
‑
20cm，流速为1mL/h
‑
1.5mL/h，湿度为25％
‑
35％；和/或步骤c中，以程序升温的方式升温至800℃
‑
1000℃，升温速率为3℃/min
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5℃/min。6.一种硫化钼/多孔碳纳米纤维复合电极材料，其特征在于，由权利要求1
‑
5任一项所述的硫化钼/多孔碳纳米纤维复合电极材料的制备方法制备得到。7.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于：包括权利要求6所述的硫化钼/多孔碳纳米纤维复合电极材料。8.权利要求7所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：武明星，赵萱，马婧媛，郭佳宁，
申请(专利权)人：河北师范大学，
类型：发明
国别省市：