[发明专利]一种二氧化钛纳米管为介孔层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

一种太阳能电池以及制备方法，特别是一种钙钛矿太阳能电池以及制备方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池中大部分使用在导电基体上先旋涂致密层烧结后再旋涂多孔层再烧结，这类方法要两次配备溶液与两次烧结操作复杂而且容易导致致密层与介孔层结合不紧密，界面形貌不易控制，介孔层电子传输路径较长；其次，致密层大部分是有旋涂钛的有机溶液前驱体或者热喷涂制成；旋涂带来致密层不均现象；现有技术还未解决这样的问题。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种致密层采用二氧化钛层，介孔层采用二氧化钛纳米管层的太阳能电池，使用阳极氧化纯钛一步法制备，并且二氧化钛纳米管层垂直生长在致密二氧化钛层之上，解决了致密层与介孔层结合不紧密问题，使得电子传输路径短，并增大介孔层与钙钛矿层结合处的接触面积。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种钙钛矿太阳能电池，包括：导电基体，生长在导电基体上的致密二氧化钛层，垂直长在致密二氧化钛层上的二氧化钛纳米管层，涂抹于二氧化钛纳米管层的钙钛矿层，制于钙钛矿层上的空穴导电层，制于空穴导电层上的金属电极。

前述的一种钙钛矿太阳能电池，导电基体为FTO导电玻璃、TCO导电玻璃或导电PET。

前述的一种钙钛矿太阳能电池，二氧化钛纳米管层的纳米管的管径为50nm-200nm。

前述的一种钙钛矿太阳能电池,二氧化钛纳米管层的纳米管的长度为30-1000nm。

前述的一种钙钛矿太阳能电池,钙钛矿层填充于二氧化钛纳米管内并覆盖于二氧化钛纳米管上。

前述的一种钙钛矿太阳能电池,包括如下步骤：

（1）导电基体的前处理，使用丙酮、乙醇、去离子水分别超声10min、80℃烘干后用UVO处理15min；

（2）将纯钛镀到经步骤（1）处理的导电基体上；

（3）将经过步骤（2）得到的含有钛膜的导电基体通过有机电解液阳极氧化法一步制备致密二氧化钛层和二氧化钛纳米管层。

（4）将经步骤（3）得到的致密二氧化钛层和二氧化钛纳米管层清洗后放入马费炉中500℃退火处理30min，然后随炉冷却。

（5）经过步骤（4）后，通过旋涂钙钛矿旋涂液制备钙钛矿层；

（6）将上述钙钛矿层上旋涂一层空穴导电层;

（7）将上述空穴导电层上蒸镀一层金属电极。

前述的一种钙钛矿太阳能电池,包括如下步骤：

（1）导电基体的前处理，使用丙酮、乙醇、去离子水分别超声10min、80℃烘干后用UVO处理15min；

（2）将经过步骤（1）后的导电基体溅射或者蒸镀一层50～1000nm的的纯钛，蒸发功率150-250A，蒸发速率5-10nm/min；

（3）将经过步骤（2）得到的含有钛膜的导电基体通过有机电解液在阳极氧化电压下采用阳极氧化纯钛一步法制备致密二氧化钛层和二氧化钛纳米管层，阳极氧化电压10～60V之间，阳极氧化时间1-90min；

（4）将经步骤（3）得到的致密二氧化钛层和二氧化钛纳米管层清洗后放入马费炉中500℃退火处理30min，然后随炉冷却；

（5）使用钙钛矿旋涂液旋涂，再100℃加热15min，制备钙钛矿层；

（6）将上述钙钛矿层上旋涂一层空穴导电层;

（7）将上述空穴导电层上蒸镀一层金属电极。

前述的一种钙钛矿太阳能电池,二氧化钛纳米管层的纳米管的管径通过改变阳极氧化电压调节，纳米管的长度通过阳极氧化时间调节。

前述的一种钙钛矿太阳能电池,钙钛矿层的材料包括：CH₃NH₃PbI₃、CH₃NH₃PbCl_XI_3-X、CH₃NH₃PbBr₃；空穴导电的材料为Spiro-OMeTAD，金属电极层的材料为金或银。

前述的一种钙钛矿太阳能电池,空穴导电层厚度为70-150nm，金属电极的厚度为70-100nm。