[发明专利]背电极材料及制备方法和一种高性能钙钛矿太阳能电池

说明书

本发明涉及一种适用于高性能钙钛矿太阳能电池的背电极材料及其制备方法，所述的背电极材料是基于改进的策略，以酚醛树脂为碳前驱体，原硅酸四乙酯为硬膜版，十六烷基三甲基溴化铵为结构导向剂，采用共组装工程法制备的一种微球状酚醛树脂多孔碳材料。本发明的酚醛树脂多孔碳材料形貌均一，且比表面积和石墨化程度高，能够提高可印刷介观钙钛矿太阳能电池器件的电荷传输性能和光电转换效率，并且制备方法简单，制备成本较金属电极低，能够有效地降低钙钛矿太阳能电池成本。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种背电极材料及其制备方法，本发明还涉及应用所述背电极材料制备的可印刷介观钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

卤化物钙钛矿太阳能电池(PSCs)由于其高效率、低成本的优势而引起了全世界的关注，被称为最有潜力的新一代太阳能电池。目前单结钙钛矿太阳能电池光电转换效率(PCE)已从2009年的3.8％提高到2022年的25.7％[M.Kim,J.Jeong,H.Lu,K.Lee Tae,T.Eickemeyer Felix,Y.Liu,W.Choi In,J.Choi Seung,Y.Jo,H.-B.Kim,S.-I.Mo,Y.-K.Kim,H.Lee,G.An Na,S.Cho,R.Tress Wolfgang,M.Zakeeruddin Shaik,A.Hagfeldt,Y.Kim Jin,M.S.Kim Dong,Science2022,375,302]。一直以来，传统高效的PSCs通常依赖于昂贵的制备材料，如金或银以及(N,N-di-p-methoxyphenyl amine)-9,90-spirobifluorene(spiro-OMeTAD)等有机空穴传输材料(HTM)。因此实现商业化，首要的任务就是降低PSCs的材料和工艺制备成本。在众多钙钛矿器件中，无HTM可印刷介观PSCs(p-MPSCs)因其制作工艺简单、低成本和超高稳定性而备受关注。其中，基于碳电极的无HTM钙钛矿太阳能电池(p-MPSCs)最为瞩目。然而，现有的p-MPSCs电池光电转换效率仍然落后于传统的卤化物钙钛矿太阳能电池。因此，开发出优异的碳材料，使其性能至少能达到与传统PSCs相当的水平非常必要。

发明内容

本发明采用酚醛树脂为碳前驱体，原硅酸四乙酯(TEOS)为硬膜版，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为结构导向剂，基于改进的策略，采用共组装工程法制备了一种微球状酚醛树脂多孔碳材料(PFc)。该酚醛树脂多孔碳材料的粒径尺寸为0.07～1.2μm，且具有独特的柠檬状多孔结构形貌和高的石墨化程度。而以本发明所提供的酚醛树脂多孔碳材料组装的可印刷介观钙钛矿太阳能电池具有优越的光电化学性能，尤其是开路电压最高可达到1.03V。证明其作为制备高性能钙钛矿太阳能电池的背电极，应用于可印刷无空穴传输材料(HTM)介观钙钛矿太阳能电池PSCs(p-MPSCs)领域的可行性。实验结果表明，本发明所提供的酚醛树脂多孔碳材料易于制备、且成本较金属电极低，能够有效地降低钙钛矿太阳能电池成本。

具体制备方法如下：

1)在一定温度下按照一定顺序将一定量的氨基苯酚、甲醛、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、原硅酸四乙酯(TEOS)和溶剂加入到反应容器中，在一定温度下搅拌一段时间后，放入反应釜在一定温度下反应一段时间；

2)反应结束后，利用减压抽滤除去溶剂，然后将固态中间物置于烘箱在一定温度下干燥，得到棕褐色固体粉末，然后将棕褐色固体粉末放入管式炉，在一定温度下碳化；

3)碳化结束后，将固体产物用一定溶度一定量的氢氧化钠溶液洗涤，然后再水洗至滤液为中性，烘干固体产物，得到酚醛树脂多孔碳材料。