【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钙钛矿光电器件，具体涉及一种基于温控复合相变材料的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
1、在“碳达峰、碳中和”的背景下，绿色可再生环保新能源的开发利用已成为当今世界的重大问题。钙钛矿太阳能电池是近十年来迅速发展的新型薄膜电池，其结构简单、成本低廉，兼具超轻、超柔和超薄的特性，单结光电转换效率已经突破至25.7％，是最具有发展前景的太阳能电池。然而，在长时间光照和高温工作环境下，钙钛矿太阳能电池的不稳定性，成为制约其实现商业化的难题。其中，钙钛矿太阳能电池的热稳定性问题是目前光伏行业和大众对于钙钛矿太阳能电池行业迅速发展的主要忧虑之一。
2、在钙钛矿太阳能电池运行过程中，由于钙钛矿光伏材料自身缺陷、离子迁移以及连续光照产热导致钙钛矿太阳能电池功能层局部温度过高，导致钙钛矿太阳能电池的光电转换效率不稳定且降低，使得钙钛矿太阳能电池的电流和发电量下降，严重时将导致钙钛矿太阳能电池局部热量积累过高，对钙钛矿吸光层、功能层、封装材料等产生破坏，使得钙钛矿太阳能电池光伏组件失效，并且在高温条件下伴随着钙钛矿太能电池组件中钙钛矿材料的降解，缩短了钙钛矿太阳能电池的使用寿命。因此，研发一种简单、有效且能够热调控的钙钛矿太阳能电池是目前急需解决的技术问题，才能从本质上延长钙钛矿太阳能电池电池的使用寿命。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的不足，本专利技术的目的是提供一种基于温控复合相变材料的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。本申请通过将碳基温控复合相变材料作为温控
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种基于温控复合相变材料的钙钛矿太阳能电池，包括透明导电玻璃、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层、电极层、温控层、封装层、封装玻璃；所述温控层为具有高导热系数的温控复合相变材料薄膜，所述温控复合相变材料薄膜由碳基气凝胶支撑材料和相变材料组成，所述相变材料封装在所述碳基气凝胶支撑材料中。
4、进一步地，所述碳基气凝胶支撑材料包括氧化石墨烯、石墨烯气凝胶、碳纳米管、膨胀石墨、碳纳米纤维、功能化石墨烯纳米片和石墨化碳泡沫/气凝胶中的任一种或几种的复合物。
5、进一步地，所述相变材料包括石蜡、月桂酸、正十六烷、正十八烷和聚乙二醇中的任一种；所述相变材料的相变温度在30-80℃。
6、进一步地，所述温控复合相变材料通过物理浸渍法制备得到，其具体的制备过程如下：首先，将相变材料置于培养皿中在加热面板上加热直至相变材料完全融化，得熔融相变材料；然后将熔融相变材料置于真空干燥箱进行干燥，直至在真空抽气的情况下熔融相变材料没有气泡产生，得相变材料熔体；最后，将相变材料熔体通过真空浸渍引入到制备的气凝胶支撑材料中，浸渍3-5h，使所述相变材料熔体完全渗透在所述气凝胶支撑材料中，室温下冷却并凝固，得温控复合相变材料。
7、进一步地，所述加热面板的加热温度与真空干燥箱的干燥温度均为85-95℃。
8、进一步地，所述温控层大小不超过所述电极层的面积。这样可以比避免钛矿太阳能电池器件短路。
9、进一步地，一种如上述基于温控复合相变材料的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
10、(1)将玻璃基板ito依次在清洁剂、去离子水、氯仿、丙酮和异丙醇中通过超声波浴清洗15-20min，然后用氮气干燥，最后再对玻璃基板ito进行紫外-臭氧照射处理10-15min；
11、(2)在经过步骤(1)处理后的ito表面旋涂sno2或tio2前驱体溶液，高温退火得到电子传输层；
12、(3)在步骤(2)中所得的电子传输层表面旋涂钙钛矿前驱体溶液，然后进行退火处理，得到钙钛矿光吸收层；
13、(4)将spiro-ometad前驱体溶液均匀涂覆在步骤(3)中所得到的钙钛矿光吸收层表面，无需退火，得到空穴传输层；
14、(5)通过真空热蒸发法在步骤(4)中得到的空穴传输层上蒸镀cu或au电极层；
15、(6)将由碳基气凝胶支撑材料和相变材料构成的温控复合相变材料作为温控层粘贴在步骤(5)所得到的电极层上方；
16、(7)通过层压方法将封装材料层压在钙钛矿太阳能电池的四周，形成封装层，对钙钛矿太阳能电池四周进行封；
17、(8)将钠钙玻璃通过步骤(7)中所得的封装层粘贴在温控层上方，形成封装玻璃，对钙钛矿太阳电池组件起保护作用，得到基于温控复合相变材料的钙钛矿太阳能电池。
18、进一步地，所述步骤(2)中旋涂sno2或tio2前驱体溶液的方法为：以2800-3000rpm的转速将sno2或tio2前驱体溶液旋涂到经过步骤(1)处理后的玻璃基板ito上，旋涂时间为25-35s，然后在空气氛围中100-200℃下退火30-60min，以获得30nm厚的电子传输层。
19、进一步地，其特征在于，所述步骤(3)中钙钛矿光吸收层的制备方法具体如下：将1.5mmol碘化铅溶于1ml体积比为9：1的dmf和dmso混合溶剂中，并在60℃下搅拌2h，得混合溶液a；将所述混合溶液a以转速为1200-1600rpm，旋涂时间为25-30s的条件旋涂在电子传输层上并于68-75℃下退火30-75s；随后再旋涂一层溶于异丙醇的铵盐溶液，得到钙钛矿光吸收层。
20、进一步地，所述步骤(5)中cu或au电极层的制备方法如下：在低于2×10-6torr的真空室中通过热蒸发以的速度沉积100nm厚的cu或au膜，形成cu或au电极层。
21、进一步地，所述钙钛矿太阳能电池中的钙钛矿的晶体结构为abx3，a2bx4，a2bx6，l2an-1bnx3n+16中的一种或多种；其中n为正整数，b为金属阳离子，如pb2+，sn2+等；x为卤素离子，如cl-，br-，i-；a和l为有机阳离子，其中，a为小尺寸的有机/无机阳离子，如ch3nh3+(ma)、nh2ch＝nh2+(fa)，cs+等，l为大尺寸的有机阳离子，如c6h5ch2ch2nh3+(pea)，ch3(ch2)7nh3+(oa)等。
22、进一步地，钙钛矿光吸收层为一种或多种阳/阴离子构成，如fapbi3、(fapbi3)0.95(fapbi3)0.05、cs0.1(ma0.17fa0.83)pb0.9(i0.83br0.17)3和fa0.9cs0.1pbi3等。
23、与现有技术相比，本专利技术具备的积极有益效果在于：
24、本专利技术通过物理浸渍法将相变材料封装在碳基气凝胶支撑材料中，形成具有高导热系数和高储热容量的复合相变材料，将复合相变材料引入钙本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于温控复合相变材料的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括透明导电玻璃(1)、电子传输层(2)、钙钛矿吸光层(3)、空穴传输层(4)、电极层(5)、温控层(6)、封装层(7)、封装玻璃(8)；所述温控层为具有高导热系数的温控复合相变材料薄膜，所述温控复合相变材料薄膜由碳基气凝胶支撑材料和相变材料组成，所述相变材料封装在所述碳基气凝胶支撑材料中。
2.根据权利要求1所述的一种基于温控复合相变材料的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述碳基气凝胶支撑材料包括氧化石墨烯、石墨烯气凝胶、碳纳米管、膨胀石墨、碳纳米纤维、功能化石墨烯纳米片和石墨化碳泡沫/气凝胶中的任一种或几种的复合物。
3.根据权利要求1所述的一种基于温控复合相变材料的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述相变材料包括石蜡、月桂酸、正十六烷、正十八烷和聚乙二醇中的任一种；所述相变材料的相变温度在30-80℃。
4.根据权利要求1所述的一种基于温控复合相变材料的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述温控复合相变材料通过物理浸渍法制备得到，其具体的制备过程如下：首先，将相变材料置于培养皿中在加热面
5.根据权利要求4所述的一种基于温控复合相变材料的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述加热面板的加热温度与真空干燥箱的干燥温度均为85-95℃。
6.根据权利要求1所述的一种基于温控复合相变材料的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述温控层大小不超过所述电极层的面积。
7.一种如权利要求1-6任一项所述基于温控复合相变材料的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述一种基于温控复合相变材料的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中旋涂SnO2或TiO2前驱体溶液的方法为：以2800-3000rpm的转速将SnO2或TiO2前驱体溶液前驱体溶液旋涂到经过步骤(1)处理后的玻璃基板ITO上，旋涂时间为25-35s，然后在空气氛围中100-200℃下退火30-60min，以获得30nm厚的电子传输层。
9.根据权利要求7所述一种基于温控复合相变材料的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中钙钛矿光吸收层的制备方法具体如下：将1.5mmol碘化铅溶于1ml体积比为9：1的DMF和DMSO混合溶剂中，并在60℃下搅拌2h，得混合溶液A；将所述混合溶液A以转速为1200-1600rpm，旋涂时间为25-30s的条件旋涂在电子传输层上并于68-75℃下退火30-75s；随后再旋涂一层溶于异丙醇的铵盐溶液，得到钙钛矿光吸收层。
10.根据权利要求7所述一种基于温控复合相变材料的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中Cu或Au电极层的制备方法如下：在低于2×10-6Torr的真空室中通过热蒸发以的速度沉积100nm厚的Cu膜或Au膜，形成Cu或Au电极层。
...【技术特征摘要】
1.一种基于温控复合相变材料的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括透明导电玻璃(1)、电子传输层(2)、钙钛矿吸光层(3)、空穴传输层(4)、电极层(5)、温控层(6)、封装层(7)、封装玻璃(8)；所述温控层为具有高导热系数的温控复合相变材料薄膜，所述温控复合相变材料薄膜由碳基气凝胶支撑材料和相变材料组成，所述相变材料封装在所述碳基气凝胶支撑材料中。
2.根据权利要求1所述的一种基于温控复合相变材料的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述碳基气凝胶支撑材料包括氧化石墨烯、石墨烯气凝胶、碳纳米管、膨胀石墨、碳纳米纤维、功能化石墨烯纳米片和石墨化碳泡沫/气凝胶中的任一种或几种的复合物。
3.根据权利要求1所述的一种基于温控复合相变材料的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述相变材料包括石蜡、月桂酸、正十六烷、正十八烷和聚乙二醇中的任一种；所述相变材料的相变温度在30-80℃。
4.根据权利要求1所述的一种基于温控复合相变材料的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述温控复合相变材料通过物理浸渍法制备得到，其具体的制备过程如下：首先，将相变材料置于培养皿中在加热面板上加热直至相变材料完全融化，得熔融相变材料；然后将熔融相变材料置于真空干燥箱进行干燥，直至在真空抽气的情况下熔融相变材料没有气泡产生，得相变材料熔体；最后，将相变材料熔体通过真空浸渍引入到制备的气凝胶支撑材料中，浸渍3-5h，使所述相变材料熔体完全渗透在所述气凝胶支撑材料中，室温下冷却并凝固，得温控复合相变材料。
5.根据权利要求4所述的一种基于温控复合相变材料的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述加热...
【专利技术属性】
技术研发人员：王鑫，石文达，刘天俊，
申请(专利权)人：苏州黑冕光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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