[发明专利]一种钙钛矿太阳电池光吸收层纳米溶胶镀膜液及制备方法

摘要

本发明涉及一种钙钛矿太阳电池光吸收层纳米溶胶镀膜液，由钙钛矿光吸收材料与稀土铕和铽掺杂的纳米二氧化钛溶胶混合形成，可直接镀膜得到钙钛矿太阳电池纳米二氧化钛凝胶光吸收层，形成的光吸收层不需要经过高温烧结就能牢固附着在衬底材料上，可以吸收太阳光谱中的紫外光和可见光，由平均粒径为50nm的稀土铕和铽掺杂纳米TiO2、平均粒径为5nm的纳米TiO2、有机硅偶联剂、去离子水、HCl、PbX2、CH3NH3X和有机溶剂组成。本发明一步得到钙钛矿太阳电池纳米二氧化钛凝胶光吸收层，膜层均匀和附着力强，制备工艺简便和成本低，容易扩大和产业化。

主权项

一种钙钛矿太阳电池光吸收层纳米溶胶镀膜液的制备方法，其特征为采取的技术方案包括稀土铕和铽掺杂大粒径纳米TiO2溶胶制备、小粒径纳米TiO2溶胶制备、核壳结构纳米TiO2溶胶制备、钙钛矿光吸收材料溶液制备、钙钛矿光吸收层纳米溶胶镀膜液制备，具体实施步骤为：（1）在玻璃反应器中分别加入去离子水、氯化铕、氯化铽和盐酸，使溶液pH为1‑3，将TiCl4滴加到溶液中，在不断搅拌下使TiCl4在10‑20℃下进行水解反应1‑2h，控制原料摩尔比为：TiCl4：（EuCl3 +TbCl3）：H2O：HCl = 1:0.002‑0.01:100‑200:0.01‑0.1 ，然后加热回流6‑12h，蒸发分离水解生成的氯化氢和浓缩形成的纳米TiO2水溶胶，水热处理使纳米TiO2粒子不断长大，并使稀土Eu3+和Tb3+离子掺杂进入纳米TiO2晶格中，直到溶液带有淡蓝色乳光为止，然后分批加入无水乙醇共沸蒸馏分离溶剂水，生成质量百分浓度为3%‑5%的稀土铕和铽掺杂大粒径纳米TiO2乙醇溶胶，乙醇溶胶中纳米粒子平均粒径为50nm；（2）在不断搅拌下将钛酸四丁酯滴加到稀土掺杂大粒径纳米TiO2乙醇溶胶中，使钛酸四丁酯在10‑30℃下，利用乙醇溶胶中残余水分进行水解反应0.5‑2h，控制原料摩尔比为：钛酸四丁酯：大粒径纳米TiO2：残余水分= 1:5‑15:2‑4，溶胶中新生成纳米TiO2粒子的平均粒径为5nm；（3）在不断搅拌下将有机硅偶联剂滴加到纳米TiO2乙醇溶胶中，使有机硅偶联剂 在10‑30℃下进行水解反应4‑12h，控制原料摩尔比为：有机硅偶联剂：大粒径纳米TiO2 = 1: 10‑50，用甲胺乙醇溶液调节溶胶pH为6‑7，得到核壳结构纳米TiO2溶胶，用其镀膜形成膜层的孔隙率为30%‑50%；（4）将PbX2和CH3NH3X加入γ‑丁内酯有机溶剂中，控制PbX2和CH3NH3X的摩尔比为1:1‑1.05，在60℃下反应 12‑24 h，完全溶解后得到CH3NH3PbX3钙钛矿光吸收溶液；（5）在搅拌下向核壳结构纳米TiO2溶胶中加入钙钛矿光吸收溶液，控制核壳结构纳米TiO2溶胶与钙钛矿光吸收材料的质量比为1:0.1‑0.3，补加γ‑丁内酯有机溶剂调整浓度，精密过滤溶胶，得到钙钛矿光吸收层纳米溶胶镀膜液；（6）用滴管将光吸收层纳米溶胶镀膜液滴在有致密层的导电玻璃衬底上，用线棒涂布器涂布均匀，控制钙钛矿光吸收层的湿膜厚度为3000‑4000nm，使干膜厚度为500‑600nm；溶剂挥发晾干后形成附着力良好的钙钛矿纳米二氧化钛凝胶光吸收层，用无水乙醇清洗钙钛矿光吸收层表面，最后用110‑150℃热风干燥30分钟，形成表面平滑的黑色钙钛矿纳米二氧化钛凝胶光吸收层；（7）制备的钙钛矿纳米二氧化钛凝胶光吸收层对太阳光谱中250‑800nm波长范围的近紫外光和可见光吸收率99%‑100%，表面硬度6H，附着力1级，表面电阻30‑50Ω，水接触角15‑45°。