[发明专利]利用氧化铁薄膜构筑的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种利用氧化铁薄膜构筑的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。本发明采用可控的氧化铁纳米粒子与氯化铁混合溶液制备得到致密的氧化铁薄膜，这一致密氧化铁薄膜不仅可高效传输载流子，还可同时降低了紫外线照射对钙钛矿层的分解作用，以此来提高电池的性能与稳定性。并且原本氯化铁溶液退火形成的薄膜致密性差，电子传输效率低。本发明的氧化铁纳米粒子与氯化铁掺杂制备薄膜制备简单易操作，且对设备要求低，该结构可利用在染料敏化电池，量子点电池和钙钛矿电池等新型太阳能电池领域。本发明制备的氧化铁薄膜将同时作为电子传输的载体和吸收紫外线的材料，以钙钛矿材料作为吸光组分，可以实现在全可见光范围吸光，最终突破11.2％的效率。

技术领域

本发明涉及一种利用氧化铁薄膜构筑的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于太阳能电池技术领域。

背景技术

太阳能是目前利用程度最广，清洁和安全性能最高的一种新型能源。目前太阳能电池中占有主要成分的是硅基太阳能电池，这种电池的转换效率较高，性能较稳定，但是为了制备出高质量的单晶硅材料会消耗大量的能源并且产生一定的环境污染。所以发现并研究新型太阳能电池具有很大的意义。

从2009年开始，一种具有钙钛矿结构的有机无机复合金属卤化物材料进入了科研工作者的视野。其基本化学结构可以写作ABX₃。其中A位是有机物基团，一般可以为甲胺基团(CH₃NH₃)；B位是无机金属，一般可以为铅(Pb)或者锡(Sn)；X位为卤族元素，一般可以为碘(I)，溴(Br)，氯(Cl)或者这几种元素的混合。

电子传输层作为平面异质钙钛矿电池中重要的组成部分，我们需要这一层的材料拥有合适的能带结构、良好的载流子迁移率以及高透光性。目前钙钛矿电池面临的一大问题便是其稳定性，人们当前使用的电子传输层材料多为TiO₂，等具有良好电子传输性能的半导体。但是TiO₂拥有比较多的氧空位和较高的紫外光催化能力，这样就降低了钙钛矿的稳定性，容易使钙钛矿进行分解。我们采用了氧化铁层作为电子传输层，而氧化铁的导带价带也正好合适，同时氧化铁层也可以吸收紫外来降低紫外光对钙钛矿电池的分解。目前人们常规制备氧化铁是通过热分解铁盐来制备，但是由于氯化铁在受热结晶的过程中会存在晶体收缩的现象，制备得到的氯化铁薄膜通常都是龟裂膜。想要用热解法制备得到高质量的氧化铁薄膜难度技术大，对设备的要求也比较高，制备比较昂贵。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明使用的氧化铁的纳米粒子结合氯化铁溶液，通过简单旋涂和后退火法制备出的氧化铁薄膜有着高透光性，较高的电导率，同时结晶性好，能形成致密的薄膜。

本发明的第一个目的是提供一种氧化铁薄膜，所述的氧化铁薄膜是利用氧化铁纳米粒子与氯化铁混合溶液制备得到，所述的氧化铁薄膜具体通过如下步骤制备得到：

S01、将粒径为5～25nm的氧化铁粒子分散在水相中，配制成3～7％wt的氧化铁溶液；将氧化铁溶液与水按照体积比1:5～6混合，超声制备得到氧化铁母体溶液；

S02、取氯化铁溶解到S01步骤的氧化铁母体溶液中，制备氯化铁浓度为0.05～0.10mol/L的混合溶液；

S03、将S02的混合溶液滴在导电基底上，制备得到氧化铁纳米小球和氯化铁混合薄膜基片；

S04、对S03步骤的薄膜基片进行退火处理，得到所述的氧化铁薄膜。

进一步地，在S03步骤中，混合薄膜基片采用旋涂方式进行制备。

进一步地，所述的旋涂的转速为3000-5000转/分钟。

进一步地，所述的退火处理是按照0.5-2℃/min升温至500-600℃，并在500-600℃煅烧1-3h，冷却后得到所述的氧化铁薄膜。

本发明的第二个目的是提供一种利用所述的氧化铁薄膜构筑的钙钛矿电池。