本發(fā)明涉及光伏，特別涉及一種鈣鈦礦晶粒在介孔內(nèi)原位生長(zhǎng)及鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法。
背景技術(shù)：
1、有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦吸光材料因其合適的帶隙(1.3ev～1.58ev)、高載流子遷移率、載流子壽命，并且制備簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)成為太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。其中，碳基介孔型鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是利用溶液法將鈣鈦礦前驅(qū)體溶液注入介孔金屬氧化物的孔道中，在孔道中形成鈣鈦礦吸光層。這種電池方便制備大面積器件，并且具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。但是，目前常用的mapbi3鈣鈦礦帶隙(1.57ev)較大，吸光系數(shù)較小，限制了電池效率進(jìn)一步突破，且ma+熱穩(wěn)定性較差，限制了器件在實(shí)際場(chǎng)景及極端環(huán)境中的應(yīng)用。
2、fapbi3因帶隙較小(1.48ev)，比mapbi3更接近以理想的帶隙(1.57ev)，因而具有更寬的吸光范圍，并且fapbi3具有更高的熱分解溫度，因此fapbi3理論上具有更好的熱穩(wěn)定性。
3、在平板型鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)中，薄膜結(jié)晶生長(zhǎng)中，ma+摻入鈣鈦礦晶格中，可以促進(jìn)生成并穩(wěn)定α相fapbi3。cl-添加可以部分替代碘離子來提高鈣鈦礦晶粒的取向性，同時(shí)由于cl-插入，釋放晶格應(yīng)力，抑制缺陷產(chǎn)生。
4、介孔型鈣鈦礦電池相比于平板型電池，由于鈣鈦礦晶粒與基底的結(jié)合更緊密，因此器件穩(wěn)定性更好。并且介孔型鈣鈦礦電池的空穴層和介孔對(duì)電極原材料成本更低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種輔助鈣鈦礦晶粒在介孔內(nèi)原位生長(zhǎng)及鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，一方面本發(fā)明提供的晶粒生長(zhǎng)方法可以有效地促進(jìn)鈣鈦礦晶粒在介孔金屬氧化物的孔道內(nèi)原位生長(zhǎng)，并與金屬氧化物緊密接觸；另一方面本發(fā)明提供的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，能夠有效提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
2、第一方面，本發(fā)明提供一種輔助鈣鈦礦晶粒在介孔內(nèi)原位生長(zhǎng)的方法。所述方法包括：將碘化銫、甲胺鹽酸鹽、碘化甲脒和碘化鉛溶解在有機(jī)溶劑中，得到鈣鈦礦前驅(qū)體溶液；所述鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中碘化銫：甲胺鹽酸鹽：碘化甲脒：碘化鉛的摩爾比例為5～10％：10～70％：20～90％：100～150％；所述鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中溶質(zhì)的總摩爾濃度為0.8～1.5mol/l；然后將所述鈣鈦礦前驅(qū)體溶液填充在介孔膜層中并進(jìn)行退火。
3、較佳地，所述退火溫度為50～100℃，退火時(shí)間為0.1～48小時(shí)。
4、第二方面，本發(fā)明提供一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。所述鈣鈦礦太陽(yáng)能電池包括依序排布的透明導(dǎo)電襯底、致密空穴阻擋層、介孔電子傳輸層、介孔絕緣層、介孔空穴傳輸層和介孔對(duì)電極；其中，在所述介孔電子傳輸層、介孔絕緣層、介孔空穴傳輸層和介孔對(duì)電極中填充鈣鈦礦前驅(qū)體溶液并退火形成鈣鈦礦吸光層，所得鈣鈦礦吸光層均勻分布在介孔膜層的內(nèi)部和表面。
5、第三方面，本發(fā)明提供一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法。所述制備方法包括以下步驟：
6、(1)將致密空穴阻擋層納米溶膠涂覆在透明導(dǎo)電基底上并煅燒，得到致密空穴阻擋層；優(yōu)選地，煅燒溫度為400～600℃，煅燒時(shí)間為20～60分鐘；
7、(2)將介孔電子傳輸層納米漿料涂覆在致密空穴阻擋層上并煅燒，得到介孔電子傳輸層；優(yōu)選地，煅燒溫度為400～600℃，煅燒時(shí)間為20～60分鐘；
8、(3)將介孔絕緣層納米漿料涂覆在介孔電子傳輸層上并煅燒，得到介孔絕緣層；優(yōu)選地，煅燒溫度為400～600℃，煅燒時(shí)間為20～60分鐘；
9、(4)將介孔空穴傳輸層漿料涂覆在介孔絕緣層上并煅燒，得到介孔空穴傳輸層；優(yōu)選地，煅燒溫度為400～600℃，煅燒時(shí)間為20～60分鐘；
10、(5)將介孔對(duì)電極漿料涂覆在介孔空穴傳輸層上并煅燒，得到介孔對(duì)電極；優(yōu)選地，煅燒溫度為350～500℃，煅燒時(shí)間為20～60分鐘；
11、(6)將鈣鈦礦前驅(qū)體溶液注入到步驟(5)得到的基底中，然后退火，得到所述鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。
12、較佳地，所述介孔對(duì)電極為碳基介孔對(duì)電極；優(yōu)選地，所述碳基介孔對(duì)電極為以碳材料為主要材料的介孔薄膜。
13、較佳地，所述致密空穴阻擋層納米溶膠的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％～5％；所述致密空穴阻擋層納米溶膠的溶質(zhì)為氧化鈦、氧化鋅、氧化錫中的至少一種。
14、較佳地，所述介孔電子傳輸層納米漿料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％～20％；所述介孔電子傳輸層納米漿料的溶質(zhì)為氧化鈦、氧化鋅、氧化錫中的至少一種。
15、較佳地，所述介孔絕緣層納米漿料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％～20％；所述介孔絕緣層納米漿料的溶質(zhì)為氧化鋯、氧化鋁中的至少一種。
16、較佳地，所述介孔空穴傳輸層漿料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％～20％；所述介孔空穴傳輸層漿料的溶質(zhì)為氧化鎳、氧化錳、氧化鈰、氧化釩中的至少一種。
17、較佳地，所述介孔對(duì)電極漿料的固含量為20％～60％；所述介孔對(duì)電極漿料的溶質(zhì)為炭黑、炭纖維、石墨、石墨烯、碳納米管中的至少一種。
18、較佳地，退火溫度為50～100℃，退火時(shí)間為0.1～48h。
19、有益效果：
20、本發(fā)明提供的晶粒生長(zhǎng)方法，可以在金屬氧化物的介孔孔道內(nèi)原位生長(zhǎng)穩(wěn)定的α相fapbi3鈣鈦礦晶粒，獲得缺陷密度更低和尺寸更大的鈣鈦礦晶粒，同時(shí)保證鈣鈦礦晶粒與金屬氧化物的表面緊密接觸，有效減少空隙。同時(shí)制備的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率明顯提升。
1.一種輔助鈣鈦礦晶粒在介孔內(nèi)原位生長(zhǎng)的方法，其特征在于，所述方法包括：將碘化銫、甲胺鹽酸鹽、碘化甲脒和碘化鉛溶解在有機(jī)溶劑中，得到鈣鈦礦前驅(qū)體溶液；所述鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中碘化銫：甲胺鹽酸鹽：碘化甲脒：碘化鉛的摩爾比例為5～10％：10～70％：20～90％：100～150％；所述鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中溶質(zhì)的總摩爾濃度為0.8～1.5mol/l；然后將所述鈣鈦礦前驅(qū)體溶液填充在介孔膜層中并進(jìn)行退火。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述退火溫度為50～100℃，退火時(shí)間為0.1～48小時(shí)。
3.鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述鈣鈦礦太陽(yáng)能電池包括依序排布的透明導(dǎo)電襯底、致密空穴阻擋層、介孔電子傳輸層、介孔絕緣層、介孔空穴傳輸層和介孔對(duì)電極；其中，在所述介孔電子傳輸層、介孔絕緣層、介孔空穴傳輸層和介孔對(duì)電極中填充鈣鈦礦前驅(qū)體溶液并退火形成鈣鈦礦吸光層，所得鈣鈦礦吸光層均勻分布在介孔膜層的內(nèi)部和表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述介孔對(duì)電極為碳基介孔對(duì)電極；優(yōu)選地，所述碳基介孔對(duì)電極為以碳材料為主要材料的介孔薄膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的制備方法，其特征在于，所述致密空穴阻擋層納米溶膠的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％～5％；所述致密空穴阻擋層納米溶膠的溶質(zhì)為氧化鈦、氧化鋅、氧化錫中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述介孔電子傳輸層納米漿料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％～20％；所述介孔電子傳輸層納米漿料的溶質(zhì)為氧化鈦、氧化鋅、氧化錫中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至7中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述介孔絕緣層納米漿料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％～20％；所述介孔絕緣層納米漿料的溶質(zhì)為氧化鋯、氧化鋁中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求4至8中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述介孔空穴傳輸層漿料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％～20％；所述介孔空穴傳輸層漿料的溶質(zhì)為氧化鎳、氧化錳、氧化鈰、氧化釩中的至少一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求4至9中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述介孔對(duì)電極漿料的固含量為20％～60％；所述介孔對(duì)電極漿料的溶質(zhì)為炭黑、炭纖維、石墨、石墨烯、碳納米管中的至少一種。
11.根據(jù)權(quán)利要求4至10中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，退火溫度為50～100℃，退火時(shí)間為0.1～48h。