一種用于鈣鈦礦太陽能電池的TiO2?ZnO異質結納米棒的制備方法技術

本發明專利技術涉及一種TiO2?ZnO納米棒復合材料制備，及其在鈣鈦礦型太陽能電池中的應用。該方法以涂有TiO2致密層的涂敷有FTO（SnO2:F）的玻璃基材為襯底，采用水熱法生長ZnO納米棒陣列，利用兩步法制備鈣鈦礦型太陽能電池。本方法過程簡單，所制備的TiO2?ZnO納米棒陣列應用于鈣鈦礦型太陽能電池，其短路電流達到了23.57?mA/cm

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種T12-ZnO異質結納米棒復合材料制備，及其在媽鈦礦型太陽能電池中的應用。
技術介紹
隨著世界經濟的快速增長和工業化進程的進一步加快，現代社會對能源需求的急劇增加。太陽能電池的研宄日新月異，最早開發的晶體硅太陽能電池由于成本太高，其普遍應用受到限制，由于染料敏化太陽能電池制作成本低，人們逐漸開始研宄染料敏化太陽能電池，但是液態染料敏化太陽能電池由于其電解液易泄露，不易封裝，易短路等缺點，其應用也得到了限制，隨后研宄人員逐漸將注意力轉移到固態敏化太陽能電池，從2012年底，鈣鈦礦型太陽能電池有了新的突破，從而引起了研宄人員的極大關注，其效率逐漸提高到了 19.3%，但是這類電池中缺陷的存在，電子空穴的復合，使得短路電流明顯低于硅基太陽能電池。目前鈣鈦礦太陽能電池主要采用T12作為光陽極制備平面型或介孔型鈣鈦礦型太陽能電池，也有研宄人員利用ZnO顆粒或氧化鋅納米棒作為介孔層制備鈣鈦礦型太陽能電池。2013年Dianyi Liu等人利用旋涂的方法，在ITO(In2O3 = Sn)上制備一層ZnO薄膜作為光陽極制備媽鈦礦型太陽能電池，其短路電流達到20.4 mA/cm2。2014年Dae-Yong Son等人利用氧化鋅納米棒制備媽鈦礦型太陽能電池，其短路電流達到20.92 mA/cm2。太陽能電池的短路電流與電池中各界面的結構有很大關系。所以減少電子空穴復合，提高短路電流對器件的性能至關重要。本專利技術利用水熱法制備T12-ZnO納米棒復合材料，應用于鈣鈦礦型太陽能電池，利用這種復合結構，減少了電子空穴的復合，從而提高了鈣鈦礦型太陽能電池的短路電流，短路電流達到了 23.6 mA/cm2。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種用于鈣鈦礦太陽能電池的T12。—種用于媽鈦礦太陽能電池的T12，特征在于該方法的具體步驟為: a.將涂敷有FTO(SnO2 = F)的玻璃基材依次放于水、丙酮、乙醇、異丙醇中各超聲30 min，然后放于乙醇中沖洗，并用氮氣吹干備用。b.取35 UL鹽酸溶液(2 M)溶于2.53 mL乙醇中配成鹽酸醇溶液，再在干凈玻璃瓶中加入2.53 mL乙醇，加入轉子放在攪拌器上攪拌，并快速加入369 yL四異丙醇鈦，緊接著逐滴加入配好的鹽酸醇溶液，得到無色澄清的溶液。c.把步驟b配好的溶液，旋涂到步驟a所得的干凈的涂敷有FTO (SnO2:F)的玻璃基材上，并在烘箱中烘干，再把涂敷有FTO (SnO2 = F)的玻璃基材放于管式爐中500 °C退火30 min，待管式爐溫度降至室溫后取出樣品，得到1102致密層。d.取等摩爾的六水合硝酸鋅與六亞甲基四胺溶于去離子水中，濃度為35 mM，把步驟c中鋪好致密層的涂敷有FTO (SnO2 = F)的玻璃基材浸于該前驅液中，正面朝下，90 °〇水熱180 min.最后取出涂敷有FTO (SnO2 = F)的玻璃基材，用去離子水和乙醇沖洗生長好的ZnO納米棒數次，并用吹風機吹干。e.把步驟d中得到的ZnO納米棒放于管式爐中450 °C退火30 min.待管式爐溫度降至室溫后取出樣品，最終得到T12-ZnO納米棒。本專利技術方法的特點和優點如下:本專利技術采用以水熱法制備T12-ZnO納米棒陣列，ZnO納米棒陣列的頂端尺寸有所降低，孔隙率更大。與傳統的水熱法以ZnO為晶種制備的ZnO納米棒陣列相比，T12- ZnO納米棒陣列應用在CH3NH3PbI3鈣鈦礦型太陽能電池中，其短路電流得到明顯提高，達到23.6 mA/2cm ο【附圖說明】圖1中左圖為T12-ZnO納米棒陣列正面掃描電鏡圖；右圖為T12-ZnO納米棒陣列側面掃描電鏡圖。 圖2為T12- ZnO納米棒陣列X射線衍射圖譜。圖3為T12-ZnO納米棒陣列制備的鈣鈦礦型太陽能電池IV曲線。開路電壓:即將太陽能電池置于100 mW/cm2的光源照射下，在兩端開路時，太陽能電池的輸出電壓值。短路電流:就是將太陽能電池置于標準光源的照射下，在輸出端短路時，流過太陽能電池兩端的電流。填充因子:太陽能電池的另一個重要參數是填充因子FF，它是最大輸出功率與開路電壓和短路電流乘積之比。FF是衡量太陽能電池輸出特性的重要指標，是代表太陽能電池在帶最佳負載時，能輸出的最大功率的特性，其值越大表示太陽能電池的輸出功率越大。FF的值始終小于I。實際上，由于受串聯電阻和并聯電阻的影響，實際太陽能電池填充因子的值要低于上式所給出的理想值。串、并聯電阻對填充因子有較大影響。串聯電阻越大，短路電流下降越多，填充因子也隨之減少的越多；并聯電阻越小，這部分電流就越大，開路電壓就下降的越多，填充因子隨之也下降的越多。光電轉換效率:太陽能電池的轉換效率指在外部回路上連接最佳負載電阻時的最大能量轉換效率，等于太陽能電池的輸出功率與入射到太陽能電池表面的能量之比。太陽能電池的光電轉換效率是衡量電池質量和技術水平的重要參數，他與電池的結構、結特性、材料性質、工作溫度、放射性粒子輻射損傷和環境變化等有關。【具體實施方式】現將本專利技術的具體實施例敘述于后。實施例1 本專利技術的具體制備步驟如下: (I)將涂敷有FTO (SnO2 = F)的玻璃基材依次放于水、丙酮、乙醇、異丙醇中各超聲30min,然后放于乙醇中沖洗，并用氮氣吹干備用。(2)取35 μ L鹽酸溶液(2 Μ)溶于2.53 mL乙醇中配成鹽酸醇溶液，再在干凈玻璃瓶中加入2.53 mL乙醇，加入轉子放在攪拌器上攪拌，并快速加入369 yL四異丙醇鈦，緊接著逐滴加入配好的鹽酸醇溶液，得到無色澄清的溶液。 (3)把步驟b配好的溶液，旋涂到步驟a所得的干凈的涂敷有FTO (SnO2:F)的玻璃基材上，并在烘箱中烘干，再把涂敷有FTO (SnO2 = F)的玻璃基材放于管式爐中500 °〇退火30 min，待管式爐溫度降至室溫后取出樣品，得到1102致密層。(4)取等摩爾的六水合硝酸鋅與六亞甲基四胺溶于去離子水中，濃度為35 mM，把步驟c中鋪好致密層的涂敷有FTO (SnO2 = F)的玻璃基材浸于該前驅液中，正面朝下，90 V水熱180 min.最后取出涂敷有FTO (SnO2 = F)的玻璃基材，用去離子水和乙醇沖洗生長好的ZnO納米棒數次，并用吹風機吹干。(5)把步驟d中得到的ZnO納米棒放于管式爐中450 °C退火30 min.待管式爐溫度降至室溫后取出樣品，最終得到T12-ZnO納米棒。上述實施例中所制得的樣品經儀器檢測進行表征以及光電轉化性能測試，其結果如下:1.由圖1中可知，T12-ZnO納米棒陣列水熱180 min,納米棒長度可達500 nm左右。2.由圖2可知，T12-ZnO納米棒納米棒，均為典型的六角纖鋅礦結構，衍射峰出現在2 θ=31.75° ,34.39° ,36.24° ,47.54° ,62.86°分別對應于ZnO纖維鋅礦結構的(100)，(002)，(101)，(102)，(103)晶面，與體相 ZnO 標準值(JCPDS card 36-1451) 一致。星號代表的是涂敷有FTO (SnO2 = F)的玻璃基材的衍射峰。3.由圖3知，以T12為晶種制備的ZnO納米棒陣列組裝鈣鈦礦型太陽能電池，其短路電流高達23.57 mA/cm2。但是其開路本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于鈣鈦礦太陽能電池TiO2?ZnO異質結納米棒的制備方法，特征在于具有以下制備過程和步驟：一種用于鈣鈦礦太陽能電池的TiO2?ZnO異質結納米棒的制備方法，特征在于該方法的具體步驟為：a.????將涂敷有FTO（SnO2:F）的玻璃基材依次放于水、丙酮、乙醇、異丙醇中各超聲30?min，然后放于乙醇中沖洗，并用氮氣吹干備用；b.????取35?μL鹽酸溶液（2?M）溶于2.53?mL乙醇中配成鹽酸醇溶液，再在干凈玻璃瓶中加入2.53?mL乙醇，加入轉子放在攪拌器上攪拌，并快速加入369?μL四異丙醇鈦，緊接著逐滴加入配好的鹽酸醇溶液，得到無色澄清的溶液；c.????把步驟b配好的溶液，旋涂到步驟a所得的干凈的涂敷有FTO（SnO2:F）的玻璃基材上，并在烘箱中烘干,再把涂敷有FTO（SnO2:F）的玻璃基材放于管式爐中500?℃退火30?min，待管式爐溫度降至室溫后取出樣品，得到TiO2致密層；d.????取等摩爾的六水合硝酸鋅與六亞甲基四胺溶于去離子水中，濃度為35?mM，把步驟c中鋪好致密層的涂敷有FTO（SnO2:F）的玻璃基材浸于該前驅液中，正面朝下，90?℃水熱180?min.最后取出涂敷有FTO（SnO2:F）的玻璃基材，用去離子水和乙醇沖洗生長好的ZnO納米棒數次，并用吹風機吹干；e.????把步驟d中得到的ZnO納米棒放于管式爐中450?℃退火30?min.?待管式爐溫度降至室溫后取出樣品，最終得到TiO2?ZnO納米棒。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：潘登余，王雪嫄，王亮，焦金凱，馮傳起，廖浩伯，
申請(專利權)人：上海大學，
類型：發明
國別省市：上海;31