一种钙钛矿太阳电池用透明电极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种钙钛矿太阳电池用透明电极及其制备方法和应用，属于新能源技术领域。本发明专利技术提供的钙钛矿太阳电池用透明电极，应用的钙钛矿太阳电池包括依次叠加设置的第一电极、电子传输层、钙钛矿活性层和空穴传输层和透明电极；透明电极包括自空穴传输层而始依次叠加的碳层和金属层；碳层包括寡壁碳纳米管，寡壁碳纳米管中掺杂有磷、氮和硫中的至少一种；金属层包括二维纳米金属材料。本发明专利技术提供的透明电极，能够在满足透明性的基础上，有效提升透明电极的导电性以及和其他部件间的粘结性。本发明专利技术还提供了上述透明电极的制备方法和应用。法和应用。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳电池用透明电极及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及新能源
，尤其是涉及一种钙钛矿太阳电池用透明电极及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]太阳电池是可以将太阳能转化为电能的电子器件，根据其核心材质的不同，太阳电池可分为硅基太阳电池、III
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V族太阳电池、钙钛矿太阳电池以及染料敏化太阳电池等。其中硅基太阳电池厚度较高，III
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V族太阳电池成本较高，染料敏化太阳电池的使用场景被局限；而钙钛矿太阳电池具有价廉、带隙可调、可制备成柔性、安全性高等方面的优点，被认为是一代最具商用潜力的太阳电池，有望在建筑物外表面大规模安装使用。
[0003]为提升建筑物的美观性，并避免钙钛矿太阳电池对光线的阻挡，需实现钙钛矿太阳电池的透明化，或者至少半透明化。
[0004]钙钛矿太阳电池的电极通常是Ag，Cu和Al等金属电极，这些电极一方面会阻挡太阳光的通过，另一方面还会和钙钛矿活性层中的卤素离子发生反应，不能满足器件长期稳定工作的要求。也就是说，钙钛矿太阳电池透明化的过程中，必须在保证工作电极的化学惰性的同时，对其实现透明化。为实现工作电极的透明化，研究人员进行了多方探索：例如有技术将金属材料纳米化，减薄工作电极，以实现工作电极的透明化，但是如此透明电极的导电性能下降。也有技术采用碳材料制备透明电极，但是碳纳米材料的导电性能较传统的金属电极低。也就是说，依然难以均衡电极的透明性和导电性。
[0005]此外，透明电极和钙钛矿材料其他组分之间的粘结性能有待提升。因此由技术尝试采用胶黏剂粘结金属材料，如此胶黏剂对钙钛矿太阳电池稳定性的影响对电极导电性的影响都是难以忽略的；最重要的是，依然不能避免金属电极和钙钛矿活性层之间的副反应。
[0006]综上，如何设计透明电极，使其满足透明性的基础上，同时满足导电性以及和其他部件的附着力，是现阶段需要解决的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种钙钛矿太阳电池用透明电极，能够在满足透明性的基础上，有效提升透明电极的导电性以及和其他部件间的粘结性。
[0008]本专利技术还提供了上述透明电极的制备方法。
[0009]本专利技术还提供了包括上述透明电极的钙钛矿太阳电池。
[0010]根据本专利技术第一方面的实施例，提出了一种钙钛矿太阳电池用透明电极，所述钙钛矿太阳电池包括依次叠加设置的第一电极、电子传输层、钙钛矿活性层和空穴传输层，所述透明电极包括自所述空穴传输层而始依次叠加的碳层和金属层；
[0011]所述碳层包括寡壁碳纳米管，所述寡壁碳纳米管中掺杂有磷、氮和硫中的至少一种；
[0012]所述金属层包括二维纳米金属材料。
[0013]根据本专利技术实施例的透明电极，至少具有如下有益效果：
[0014](1)本专利技术的透明电极包括叠加设置的碳层和金属层，其中碳层阻隔了由钙钛矿活性层中通过空穴传输层扩散至金属层的卤素离子的反应，提升了包括所述透明电极的钙钛矿太阳电池的运行稳定性；也可以充分利用金属层的导电性。即同时满足了导电性和稳定性。
[0015](2)本专利技术采用的碳层中进行了掺杂，和纯净的碳纳米管相比，在维持透明性的基础上，提升了碳层的导电性。即同时满足了导电性和透明性。
[0016](3)传统钙钛矿太阳电池中，空穴传输层通常选用过渡金属氧化物，例如氧化镍或氧化钼。本专利技术的碳层中进行了掺杂，在制备过程中(例如退火)碳层中的磷可以和空穴传输层中的过渡金属之间形成化学结合，例如磷和镍的结合，相当于在碳层中形成了过渡金属
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P
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C的结合，由此进一步提升了所得碳层的导电性，并提升了碳层和空穴传输层之间的附着性。即同时满足了导电性和附着性。
[0017](4)本专利技术提供的透明电极中，碳层和金属层的主要原料均选用二维纳米材料，由此如果将纳米材料阵列排列，一方面可提升导电性，另一方面可提升透明度。即通过原料微观形貌的选择，为提升导电性和透明度提供了基础。
[0018]根据本专利技术的一些实施例，所述透明电极的厚度为80～800nm。在该范围内，可均衡所述透明电极的透明度、导电性和柔性，为制备柔性半透明钙钛矿太阳电池提供了基础。
[0019]根据本专利技术的一些实施例，所述透明电极的厚度为400～600nm。例如具体可以是约500nm。
[0020]根据本专利技术的一些实施例，所述碳层和金属层的厚度比为1～3:1。如此，碳层既可以起到提升导电性和附着性的作用，还可起到良好的隔离作用，避免金属层和钙钛矿活性层之间的副反应。
[0021]根据本专利技术的一些实施例，所述碳层和金属层的厚度比为1.5～2.5:1。例如具体可以是约2:1。
[0022]根据本专利技术的一些实施例，所述寡壁碳纳米管的IG/ID值≥90。该数值和寡壁碳纳米管的石墨化程度、导电性能均存在一定的正相关关系。在上述范围内的寡壁碳纳米管可进一步提升所得透明电极的导电性。
[0023]根据本专利技术的一些实施例，所述寡壁碳纳米管的长径比≥200。高长径比的碳纳米管，有助于形成类似阵列排列的碳层。二维纳米金属材料长径比的限定具有相似作用。
[0024]根据本专利技术的一些实施例，所述寡壁碳纳米管的径向尺寸为1～5nm。该尺寸小，有助于形成厚度更薄的碳层，为柔性的透明电极提供了基础。
[0025]根据本专利技术的一些实施例，所述碳层中还包括粘结剂。
[0026]根据本专利技术的一些实施例，所述粘结剂包括PVDF、PTFE、PVP、聚丙烯酸酯树脂和聚氨酯树脂中的至少一种。
[0027]根据本专利技术的一些实施例，所述碳层中，所述寡壁碳纳米管和所述粘结剂的质量比为20～30:1。粘结剂的作用是在形成碳层的过程中，为寡壁碳纳米管和其他层之间提供初步粘结性，并具有调节粘度的作用。长期的粘结性依靠寡壁碳纳米管中的磷和其他层之间形成的化学结合。
[0028]根据本专利技术的一些实施例，所述二维纳米金属材料包括银纳米线、铜纳米线和铝纳米线中的至少一种。例如具体可以是银纳米线。
[0029]根据本专利技术的一些实施例，所述二维纳米金属材料的长径比≥200。
[0030]根据本专利技术的一些实施例，所述二维纳米金属材料的径向尺寸为20～50nm。在该尺寸范围内，可制备得到更薄的金属层，且可平衡二维纳米金属材料在使用过程中的稳定性。
[0031]根据本专利技术的一些实施例，所述金属层中还包括粘结剂。所述金属层中的粘结剂和所述碳层中的粘结剂可以相同也可以不同。
[0032]根据本专利技术的一些实施例，所述空穴传输层包括过渡金属氧化物和过渡金属卤化物中的至少一种。由此空穴传输层中的过渡金属元素可以和碳层的掺杂元素之间形成化学结合，提升各层间的附着牢度，以及碳层的导电性能。
[0033]根据本专利技术的一些实施例，所述过渡金属氧化物包括氧化镍和氧化钼中的至少一种。例如具体可以是氧化镍。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳电池用透明电极，所述钙钛矿太阳电池包括依次叠加设置的第一电极、电子传输层、钙钛矿活性层和空穴传输层，其特征在于，所述透明电极包括自所述空穴传输层而始依次叠加的碳层和金属层；所述碳层包括寡壁碳纳米管，所述寡壁碳纳米管中掺杂有磷、氮和硫中的至少一种；所述金属层包括二维纳米金属材料。2.根据权利要求1所述的透明电极，其特征在于，所述透明电极的厚度为80～800nm。3.根据权利要求1所述的透明电极，其特征在于，所述碳层和金属层的厚度比为1～3:1。4.根据权利要求1～3任一项所述的透明电极，其特征在于，所述二维纳米金属材料包括银纳米线、铜纳米线和铝纳米线中的至少一种。5.根据权利要求1～3任一项所述的透明电极，其特征在于，所述寡壁碳纳米管的IG/ID值≥90；优选地，所述寡壁碳纳米管的长径比≥200；优选地，所述碳层中还包括粘结剂。6.一种如权利要求1～5任一项所述透明电极的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：周佩先，赖金洪，徐方，刘芳波，
申请(专利权)人：长沙先进电子材料工业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：