[发明专利]全印刷钙钛矿太阳能电池用高渗透性多孔碳对电极的制法

说明书

本发明涉及一种全印刷钙钛矿太阳能电池用高渗透性多孔碳对电极的制法。该方法将聚苯乙烯球加入碳浆料中，通过丝网印刷制备出碳层，经过高温烧结后，通过碳层中聚苯乙烯球的分解得到多孔碳对电极。同时可通过改变聚苯乙烯球的尺寸和添加量制备不同性能的碳对电极。本发明方法简单，可操作性强，成本低廉。与现有技术相比，本发明所制备的多孔碳对电极，能够为CH₃NH₃PbI₃提供向下渗透的通道，增加其在介孔层中的填充率，提升无空穴传输层可印刷钙钛矿太阳能电池的电池效率的同时减少电池效率的离散性。

技术领域

本发明涉及一种多孔碳对电极，具体涉及一种全印刷钙钛矿太阳能电池用高渗透性多孔碳对电极的制法。

背景技术

太阳能电池发展日新月异。2009年Miyasaka课题组首次将钙钛矿材料(CH₃NH₃PbI₃)选作敏化剂并应用于太阳能电池，并获得3.8％的光电转换效率。随着研究人员不断开发新的材料以及优化制备工艺，电池效率不断刷新且稳定性进一步提升，截止到目前PSCs最高光电转换效率已突破22％。该电池器件选用的依旧为常规结构(c-TiO₂/m-TiO₂/CH₃NH₃PbI₃/spiro-OMeTAD/Au)，基于此结构的PSCs虽然有较高的光电转换效率，却并不适用于商业化应用。其中一个主要因素便是该类电池结构中使用的对电极由贵金属制备，成本较高。碳材料在大自然中存在广泛，且已被大量应用于社会生活中。与金属材料相比较，碳材料(碳纳米管、活性炭、炭黑、富勒烯、石墨、石墨烯等)具有很多特殊的优异性能。碳对电极已经应用染料敏化太阳能电池中并获得较好的性能。2013年，Han课题组在开发的可印刷PSCs中首次引入碳对电极，并获得6.64％的光电转换效率。

在目前的可印刷PSCs制备中，碳对电极是通过印刷由石墨、炭黑、氧化锆、乙基纤维素组成的浆料获得，所得的电极为多孔结构，且较为致密。在随后的器件制备阶段，CH₃NH₃PbI₃前驱体溶液以滴涂的方式加入，为获得较高的器件性能，CH₃NH₃PbI₃前驱液应完全渗透过碳电极，并充分填充下面的TiO₂层。但目前常规方法制备的碳对电极，对CH₃NH₃PbI₃的渗透过程仍有较大阻碍。为解决上述问题，有学者提出使用有序介孔碳作为碳对电极，从而提高CH₃NH₃PbI₃的渗透性。然而，此方法存在制备过程复杂、孔道尺寸较小等缺陷。本专利在不改变传统碳浆料的前提下，加入直径可变化的PS球，以达到制备出多孔且孔道尺寸易控制的碳对电极。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单有效的，制备多孔碳对电极的方法，具体为一种全印刷钙钛矿太阳能电池用高渗透性多孔碳对电极的制法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种全印刷钙钛矿太阳能电池用高渗透性多孔碳对电极的制法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)碳浆料的制备

将石墨、氧化锆、炭黑和聚苯乙烯球混合后，加入无水乙醇，通过磁力搅拌、超声分散使浆料充分分散均匀，上述步骤重复三次；然后将上述溶液进行离心获得沉淀物，随后将沉淀物重新溶于无水乙醇，分别加入松油醇、乙基纤维素/乙醇溶液并重复磁力搅拌和超声分散步骤；最后将上述浆料球磨10h后蒸除乙醇，从而获得实验所需碳浆料；

(2)碳层的印刷制备

将制备好的碳浆料通过丝网印刷机印刷制备得到碳层；

(3)碳对电极的制备