背电极材料及制备方法和一种高性能钙钛矿太阳能电池技术

本发明专利技术涉及一种适用于高性能钙钛矿太阳能电池的背电极材料及其制备方法，所述的背电极材料是基于改进的策略，以酚醛树脂为碳前驱体，原硅酸四乙酯为硬膜版，十六烷基三甲基溴化铵为结构导向剂，采用共组装工程法制备的一种微球状酚醛树脂多孔碳材料。本发明专利技术的酚醛树脂多孔碳材料形貌均一，且比表面积和石墨化程度高，能够提高可印刷介观钙钛矿太阳能电池器件的电荷传输性能和光电转换效率，并且制备方法简单，制备成本较金属电极低，能够有效地降低钙钛矿太阳能电池成本。效地降低钙钛矿太阳能电池成本。效地降低钙钛矿太阳能电池成本。

【技术实现步骤摘要】
背电极材料及制备方法和一种高性能钙钛矿太阳能电池


[0001]本专利技术属于太阳能电池
，具体涉及一种背电极材料及其制备方法，本专利技术还涉及应用所述背电极材料制备的可印刷介观钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]卤化物钙钛矿太阳能电池(PSCs)由于其高效率、低成本的优势而引起了全世界的关注，被称为最有潜力的新一代太阳能电池。目前单结钙钛矿太阳能电池光电转换效率(PCE)已从2009年的3.8％提高到2022年的25.7％[M.Kim,J.Jeong,H.Lu,K.Lee Tae,T.Eickemeyer Felix,Y.Liu,W.Choi In,J.Choi Seung,Y.Jo,H.
‑
B.Kim,S.
‑
I.Mo,Y.
‑
K.Kim,H.Lee,G.An Na,S.Cho,R.Tress Wolfgang,M.Zakeeruddin Shaik,A.Hagfeldt,Y.Kim Jin,M.S.Kim Dong,Science2022,375,302]。一直以来，传统高效的PSCs通常依赖于昂贵的制备材料，如金或银以及(N,N
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di
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p
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methoxyphenyl amine)
‑
9,90
‑
spirobifluorene(spiro
‑
OMeTAD)等有机空穴传输材料(HTM)。因此实现商业化，首要的任务就是降低PSCs的材料和工艺制备成本。在众多钙钛矿器件中，无HTM可印刷介观PSCs(p
‑
MPSCs)因其制作工艺简单、低成本和超高稳定性而备受关注。其中，基于碳电极的无HTM钙钛矿太阳能电池(p
‑
MPSCs)最为瞩目。然而，现有的p
‑
MPSCs电池光电转换效率仍然落后于传统的卤化物钙钛矿太阳能电池。因此，开发出优异的碳材料，使其性能至少能达到与传统PSCs相当的水平非常必要。

技术实现思路

[0003]本专利技术采用酚醛树脂为碳前驱体，原硅酸四乙酯(TEOS)为硬膜版，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为结构导向剂，基于改进的策略，采用共组装工程法制备了一种微球状酚醛树脂多孔碳材料(PFc)。该酚醛树脂多孔碳材料的粒径尺寸为0.07～1.2μm，且具有独特的柠檬状多孔结构形貌和高的石墨化程度。而以本专利技术所提供的酚醛树脂多孔碳材料组装的可印刷介观钙钛矿太阳能电池具有优越的光电化学性能，尤其是开路电压最高可达到1.03V。证明其作为制备高性能钙钛矿太阳能电池的背电极，应用于可印刷无空穴传输材料(HTM)介观钙钛矿太阳能电池PSCs(p
‑
MPSCs)领域的可行性。实验结果表明，本专利技术所提供的酚醛树脂多孔碳材料易于制备、且成本较金属电极低，能够有效地降低钙钛矿太阳能电池成本。
[0004]具体制备方法如下：
[0005]1)在一定温度下按照一定顺序将一定量的氨基苯酚、甲醛、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、原硅酸四乙酯(TEOS)和溶剂加入到反应容器中，在一定温度下搅拌一段时间后，放入反应釜在一定温度下反应一段时间；
[0006]2)反应结束后，利用减压抽滤除去溶剂，然后将固态中间物置于烘箱在一定温度下干燥，得到棕褐色固体粉末，然后将棕褐色固体粉末放入管式炉，在一定温度下碳化；
[0007]3)碳化结束后，将固体产物用一定溶度一定量的氢氧化钠溶液洗涤，然后再水洗
至滤液为中性，烘干固体产物，得到酚醛树脂多孔碳材料。
[0008]步骤1)中所述一定温度是指15～60℃；所述一定顺序是指先放溶剂，再放入CTAB和氨基苯酚，再加入氨水，再加入甲醛，最后加入TEOS；所述氨基苯酚与CTAB的质量比优选1：(2～6)；所述氨水与CTAB的质量比为1:(2～6)；所述甲醛与CTAB的质量比优选1：(2～6)；所述TEOS和CTAB的质量比优选1：(1～5)；所用溶剂为醇类(甲醇、乙醇、丁醇等)和水的混合溶剂，混合溶剂中醇与水的质量比不作限定。
[0009]步骤1)中水热反应的的反应温度为15～100℃。
[0010]步骤2)中烘干固态中间物所用烘箱的温度为30～100℃，时间为10～60分钟；碳化反应在管式炉中进行，管式炉温度为500～1200℃。
[0011]步骤3)中所用氢氧化钠浓度为0.5～3M；用量为10～30mL。
[0012]本专利技术的有益技术效果：本专利技术以酚醛树脂为碳前驱体，原硅酸四乙酯(TEOS)为硬膜版，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为结构导向剂，基于改进的策略，采用共组装工程法制备酚醛树脂多孔碳材料(PFc)。通过醇/水比和煅烧温度的控制，得到形貌均一、石墨化程度高、比表面积大的新型PFc碳材料。并将其应用于可印刷无HTM介观PSCs(p
‑
MPSCs)。由于其高比表面积提高了钙钛矿与碳材料的接触性，与高石墨化程度共同提高了器件的电荷传输性能。而形貌均一性则降低了电极的缺陷态密度，可实现高达17.73％的光电转换效率。尤其是开路电压在未经任何钝化处理的情况下，可达到1.03V。填充因子也接近80％。此外，本专利技术目标物酚醛树脂多孔碳微球粒径尺寸在0.07～1.2μm之间可控，分散性良好。
附图说明
[0013]图1为电池2的扫描电镜(SEM)照片。
[0014]图2为电池3的扫描电镜(SEM)照片。
[0015]图3为电池4的扫描电镜(SEM)照片。
[0016]图4为电池5的扫描电镜(SEM)照片。
[0017]图5为介观钙钛矿太阳能电池示意图。
[0018]图6为电池16以酚醛树脂多孔碳微球为碳电极的太阳能电池的I
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V曲线，图中，横坐标表示的是开路电压(单位/V)，纵坐标表示的是短路电流密度(单位/mA.cm
‑3)。
具体实施方式
[0019]本专利技术提供的酚醛树脂多孔碳微球的制备方法以及在制备钙钛矿太阳能电池的碳电极中的应用。
[0020]本专利技术提供的酚醛树脂多孔碳微球，其不仅具有良好的比表面积，而且还能有效降低非辐射复合。相对于现有背电极，本专利技术提供的酚醛树脂多孔碳微球具有高石墨化程度、低缺陷态密度和高开路电压等优点。
[0021]下面通过实施例对本专利技术作进一步阐述，其目的仅在于更好理解本专利技术的内容。因此，所举之例并不限制本专利技术的保护范围。以下所有实施例中，所述的室温是指20℃～25℃，所用的原料及试剂均为市售品。
[0022]实施例1
[0023]在250mL圆底烧瓶中加入3.25g CTAB、1.1g 3
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氨基苯酚和醇水溶液(醇/水＝0/7)。搅拌至澄清后加入1.54mL甲醛，等待溶液变浑浊。变浑浊后立即加入5.5mL TEOS，搅拌24h。反应后，放入水热釜中后置于80℃烘箱反应24h。反应后，用水抽滤除去溶剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种背电极材料，适用于高性能钙钛矿太阳能电池，其特征在于，是以酚醛树脂为碳前驱体，原硅酸四乙酯为硬膜版，十六烷基三甲基溴化铵为结构导向剂，基于改进的策略，采用共组装工程法制备而成的粒径尺寸为0.07～1.2μm的微球状酚醛树脂多孔碳材料。2.权利要求1中所述的背电极材料的制备方法，包括如下步骤：1)将适量的十六烷基三甲基溴化铵和氨基苯酚加入低碳醇溶剂中，搅拌至澄清后加入一定量的甲醛，待溶液变浑浊后立即加入一定量的原硅酸四乙酯，在搅拌条件下反应一段时间，然后在一定的温度下水热反应一段时间；2)反应结束后，将固态中间物和液体产物分离，烘干固态中间物，然后再将干燥后的固态中间物在一定温度下碳化；3)碳化结束后，将所得固体产物用适量的一定浓度的氢氧化钠溶液碱洗，然后再水洗至滤液为中性，烘干固体产物，得到酚醛树脂多孔碳材料。3.如权利要求2所述的背电极材料的制备方法，其特征在于，所述的氨基苯酚与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1∶(2～6)；所述的甲醛的添加量与氨基苯酚的质量相同；所述原硅酸四乙酯的添加量为与所述十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1∶(1～5)。4.如权利要求2所述的背电极材料的制备方法，其特征在于，所述的低碳醇醇溶剂为任意比例的甲醇水溶液、乙醇水溶液或丁醇水溶液。5.如权利要求2所述的背电极材料的制备方法，其特征在于，水热反应的反应温度为60～100℃。6.如权利要求2所述的背电...

【专利技术属性】
技术研发人员：武文俊，黄锦海，
申请(专利权)人：上海辉纳思光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：