一种可低温涂敷高熵合金复合碳电极的制备方法及钙钛矿太阳能电池技术

本发明专利技术公开了一种可低温涂敷高熵合金复合碳电极的制备方法及钙钛矿太阳能电池，属于制备半导体器件的方法技术领域。该制备方法包括将高熵合金、纳米碳粉、分散剂、粘结剂、功能性添加剂和溶剂混合获得高熵合金复合碳浆料；最后将高熵合金复合碳浆料涂敷于基底材料上，热处理干燥后获得界面接触良好的高熵合金复合碳电极。本发明专利技术制备简单、成本低廉、增强了钙钛矿太阳能电池中电极层和钙钛矿层间的界面接触，并有效改善钙钛矿界面存在电学接触和能级匹配度不佳的问题，提升了太阳能电池的光电转换效率，适合于各种结构的钙钛矿型太阳能电池。池。池。

【技术实现步骤摘要】
一种可低温涂敷高熵合金复合碳电极的制备方法及钙钛矿太阳能电池


[0001]本专利技术涉及制备半导体器件的方法
，尤其涉及一种可低温涂敷高熵合金复合碳电极的制备方法及钙钛矿太阳能电池。

技术介绍

[0002]太阳能作为新能源领域发展最快、最具有活力的部分，备受关注和青睐。作为传统光伏电池的潜在替代者，有机
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无机卤化铅钙钛矿太阳能电池因其高光吸收系数、低激子结合能、双极性电荷传输、高载流子迁移率和低制备成本等优点而引起全球关注。仅经过十余年的发展，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率就从最初的3.8％迅速飙升到25.7％，使其在效率方面可以与商业化的晶体硅太阳能电池相媲美。然而所有高效率的钙钛矿太阳能电池几乎都是通过高真空蒸镀金、银等贵金属来制备对电极，成本和能耗较高。此外，银可以与卤素离子的反应以及金对全器件的渗透都会造成器件性能衰退，对器件的长期稳定性和商业化都造成了不利的影响，严重阻碍了它的工业化发展。
[0003]针对上述问题，用碳电极替代金、银等贵金属是一个很好的方法，碳电极具有优良的电荷转移性能，固有的稳定性和疏水性也能更好的提升电池的稳定性，同时其低成本和低温加工性能也进一步减低了电池的工业化成本。但其效率远低于金属电极的效率，其一般效率约为13％，主要原因是碳基钙钛矿太阳能电池与有机空穴传输材料不兼容，目前的研究大多都是无空穴传输材料碳基钙钛矿太阳能电池，同时碳材料的化学惰性也使得难以通过功函数调制来优化其于钙钛矿薄膜的能级匹配，限制了碳基钙钛矿太阳能电池的发展。
专利
技术实现思路

[0004]有鉴于现有技术的上述缺陷，在本专利技术的第一方面，提供了一种与界面能级匹配度佳的可低温涂敷高熵合金复合碳电极的制备方法，包括如下步骤：
[0005]1)将高熵合金、纳米碳粉、分散剂、粘结剂、功能性添加剂混合，得到预混料；
[0006]2)所述预混料进一步与溶剂混合，制成高熵合金复合碳浆料；
[0007]3)将所述高熵合金复合碳浆料涂覆于基底材料制成高熵合金复合碳湿膜，所述高熵合金复合碳湿膜经干燥，得到高熵合金复合碳电极。
[0008]优选的，所述步骤1)中，所述预混料中各组分的质量百分比如下：高熵合金5％～30％，纳米碳粉50％～80％，分散剂0.5％～1％，粘结剂5％～15％，功能性添加剂5％～15％。
[0009]进一步优选的，所述高熵合金包括FeCoNiMoCr高熵合金、FeCoNiCrP高熵合金、CoCrFeNiAl高熵合金、FeCoNiCrMn高熵合金、NpPtPdAuAgRuAl高熵合金、TaMoWReRu高熵合金、FeCuPtCoNi高熵合金、CoCrFeNiW高熵合金、CoCrFeNiSn高熵合金、AlFeNiCrCoTi高熵合金、AlCuFeMnNi高熵合金中的至少一种。
[0010]进一步优选的，所述纳米碳粉包括石墨、炭黑、石墨烯、碳纳米管和氧化石墨烯中的至少一种。
[0011]更进一步的，所述石墨、炭黑、石墨烯、氧化石墨烯的粒径为10～200nm；所述碳纳米管的直径为10～100nm，长度为5～50μm。
[0012]进一步优选的，所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮、乙二醇中的至少一种。
[0013]进一步优选的，所述粘结剂包括乙基纤维素、乙烯
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醋酸乙烯共聚物、丙烯酸树脂、聚醋酸乙烯酯、聚酰胺、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯中的至少一种。
[0014]进一步优选的，所述功能性添加剂包括氧化镍纳米材料、氧化钨、碘化亚铜、硫氰酸亚铜、酞菁铜中的至少一种。
[0015]更进一步的，所述氧化镍纳米材料的粒径为5～300nm。
[0016]优选的，所述步骤2)中，所述预混料中的高熵合金与纳米碳粉的总质量与溶剂质量的比例为1～5：1。
[0017]进一步优选的，所述溶剂包括松油醇、乙二醇甲醚、丙三醇、乙酸乙酯、丙三醇甲醚、乙酸丁酯中的至少一种。
[0018]优选的，所述步骤3)中，所述涂覆的方法包括丝网印刷或挤压涂布；所述干燥的温度为80～100℃。
[0019]在本专利技术的第二方面，提供了一种钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池由下至上依次为透明导电基底、电子传输层、钙钛矿层、高熵合金复合碳电极；所述高熵合金复合碳电极由本专利技术第一方面的制备方法制备而成。
[0020]优选的，所述透明导电基底包括FTO玻璃基底、ITO玻璃基底、ITO柔性基底。
[0021]优选的，所述电子传输层包括平面结构的TiO2、平面结构的SnO2、平面结构的ZnO、介孔结构的TiO2、致密结构的TiO2、介孔结构的Al2O3。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：
[0023]1、本专利技术的制备方法简单便捷，适用于制备可低温涂敷的高熵合金复合碳浆料。该制备方法中引入具有优异性能的高熵合金，高熵合金多元素的均匀混合导致熵值增加、吉布斯自由能降低，具有良好的稳定性。此外，由于原子半径的变化和不同元素的几何构型，导致晶格畸变和扩散缓慢，高熵合金可能带来更多的活性位点，而多元素混合带来的鸡尾酒效应可以得到具有超过单质元素的性能平均值，使本方法具备很强的可调控的优异性能。
[0024]2、本专利技术提供的钙钛矿太阳能电池中包含由高熵合金复合碳浆料制备的高熵合金复合碳电极。高熵合金复合碳电极中的高熵合金具有良好的导电性与稳定性，其功函数可调，优化了电极界面出的电荷抽取效率，能级匹配度佳，提升了钙钛矿太阳能电池的效率。
附图说明
[0025]图1为钙钛矿太阳能电池的结构示意图，其中1为透明导电基底，2为电子传输层，3为钙钛矿层，4为高熵合金复合碳电极；
[0026]图2为可低温涂敷高熵合金复合碳电极的制备方法流程图；
[0027]图3为实施例1～4分别制得的高熵合金复合碳电极应用于实施例12制得的钙钛矿
太阳能电池的电流密度
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电压曲线图。
具体实施方式
[0028]下面通过实施例的方式进一步说明本专利技术，但并不因此将本专利技术限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
[0029]以下实施例中，石墨、炭黑、石墨烯、氧化石墨烯的粒径在10～200nm之间，碳纳米管的直径为10～100nm，长度为5～50μm，氧化镍纳米材料的粒径在5～300nm之间。
[0030]实施例1
[0031]如图2所示，一种可低温涂敷高熵合金复合碳电极的制备方法：
[0032]1)以质量百分比计，取20％的FeCoNiCrMn高熵合金、60％的由石墨与炭黑以质量比3：1混合形成的纳米碳粉、1％的乙二醇、5％的乙基纤维素、14％的氧化镍纳米材料混合，得到预混料；
[0033]2)所述预混料进一步与松油醇混合，预混料中的FeCoNiCrMn高熵合金与纳米碳粉的总质量与松油醇质量的比例为3：1，制成高熵合金复合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可低温涂敷高熵合金复合碳电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将高熵合金、纳米碳粉、分散剂、粘结剂、功能性添加剂混合，得到预混料；2)所述预混料进一步与溶剂混合，制成高熵合金复合碳浆料；3)将所述高熵合金复合碳浆料涂覆于基底材料制成高熵合金复合碳湿膜，所述高熵合金复合碳湿膜经干燥，得到高熵合金复合碳电极。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，所述预混料中各组分的质量百分比如下：高熵合金5％～30％，纳米碳粉50％～80％，分散剂0.5％～1％，粘结剂5％～15％，功能性添加剂5％～15％。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述高熵合金包括FeCoNiMoCr高熵合金、FeCoNiCrP高熵合金、CoCrFeNiAl高熵合金、FeCoNiCrMn高熵合金、NpPtPdAuAgRuAl高熵合金、TaMoWReRu高熵合金、FeCuPtCoNi高熵合金、CoCrFeNiW高熵合金、CoCrFeNiSn高熵合金、AlFeNiCrCoTi高熵合金、AlCuFeMnNi高熵合金中的至少一种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述纳米碳粉包括石墨、炭黑、石墨烯、碳纳米管和氧化石墨烯中的至少一种；其中，石墨、炭黑、石墨烯、氧化石墨烯的粒径为10～200nm；碳纳米管的直径为10～100nm，长度为5～50μm。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：台启东，金俊君，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：