[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

CN108258120A - 一种廉价稳定的钙钛矿太阳能电池及驱动的光电催化装置 - Google Patents

一种廉价稳定的钙钛矿太阳能电池及驱动的光电催化装置 Download PDF

Info

Publication number
CN108258120A
CN108258120A CN201810032430.XA CN201810032430A CN108258120A CN 108258120 A CN108258120 A CN 108258120A CN 201810032430 A CN201810032430 A CN 201810032430A CN 108258120 A CN108258120 A CN 108258120A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode
perovskite
layer
mesoporous
tio
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810032430.XA
Other languages
English (en)
Inventor
陶霞
陈栋
陆妍婷
郑言贞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Chemical Technology
Original Assignee
Beijing University of Chemical Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Chemical Technology filed Critical Beijing University of Chemical Technology
Priority to CN201810032430.XA priority Critical patent/CN108258120A/zh
Publication of CN108258120A publication Critical patent/CN108258120A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/10—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising heterojunctions between organic semiconductors and inorganic semiconductors
    • H10K30/15—Sensitised wide-bandgap semiconductor devices, e.g. dye-sensitised TiO2
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109—Electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/80—Constructional details
    • H10K30/81—Electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)

Abstract

一种廉价稳定的钙钛矿太阳能电池及驱动的光电催化装置，属于太阳能电池技术领域和光电催化技术领域。装置结构主要包括低温碳电极介孔钙钛矿太阳能电池，光电催化电极，对电极，光电反应池，搅拌系统。采用低温碳浆料作正极的介孔钙钛矿太阳能电池提供电压，促进光电催化电极的电子空穴分离，增强光电催化作用，快速降解水体中的有机物。装置和方法简单，性能优异、稳定，成本低廉，整个体系以太阳能作为唯一能量来源，经济节能，绿色环保。

Description

一种廉价稳定的钙钛矿太阳能电池及驱动的光电催化装置
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域和光电催化技术领域，具体涉及一种廉价稳定的钙钛矿太阳能电池驱动的光电催化装置和应用。
背景技术
随着经济社会的发展，能源与环境问题逐步受到重视，当今人类社会面临化石能源的枯竭，水污染、大气污染、固体废弃物污染等现象的日趋严重，解决这些难题已经迫在眉睫。基于半导体的光电转换技术，因其成本低廉，工艺简单，反应条件温和等显著优点，在能源与环境保护中日益受到人们的重视。这种低温碳电极介孔钙钛矿电池无需使用空穴传输材料，不用蒸镀金属电极，材料价格和工艺成本低廉，由于介孔结构分隔出多个独立的小空间，钙钛矿的抗湿性增强，所以电池的稳定性得到提升。另一方面，将光催化剂制成电极形式与传统的粉末光催化相比，这种电辅助光催化水处理技术，拥有可重复回收，对环境友好，借助外加电场抑制光生载流子的复合显著增强光催化的效果。具体阐述，电池在光电催化电极和对电极之间施加一定的电压，将光生电子驱赶至外电路，以阻止光生载流子的复合。同时，以太阳能作为持续的能量来源，实现真正意义上的节能环保。而传统意义上的光电催化技术中所施加的外加电压往往并不是直接来源于太阳能，利用太阳能来直接驱动整个装置，实现完全由太阳能来降解有机污染物，是一条全新的研究思路，对于解决人类社会发展过程中的能源问题和环境难题，具有重要的理论意义和现实意义。通过光电催化电极与太阳能电池组成串联结构，以钙钛矿太阳能电池所提供的电能来驱动光催化薄膜，实现完全由太阳能驱动的光电催化，是一种切实可行的方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种廉价稳定的钙钛矿太阳能电池及驱动的光电催化装置，应用于有机污染物的降解。装置完全由太阳能驱动，无需额外电源，经济环保。
钙钛矿太阳能电池，其特征在于，为低温碳电极介孔钙钛矿太阳能电池，自下而上依次为FTO导电玻璃负极、致密层二氧化钛空穴阻隔层、介孔二氧化钛电子传输层、介孔二氧化锆隔离层、碳纳米管修饰界面、碳电极正电极；填充在介孔二氧化锆隔离层、碳纳米管修饰界面缝隙中的甲胺碘化铅(MAPbI3)钙钛矿光吸收层。
进一步优化致密层二氧化钛空穴阻隔层的厚度0～100nm(不包括0，优选60nm)，介孔二氧化钛电子传输层的厚度100～300nm(优选200nm)、介孔二氧化锆作隔离层的厚度100～300nm(优选200nm)、碳纳米管支撑层的厚度0～200nm(不包括0，优选100nm)、填充在介孔二氧化钛电子传输层、介孔二氧化锆隔离层、碳纳米管支撑层缝隙中的甲胺碘化铅(MAPbI3)钙钛矿光吸收层。
进一步甲胺碘化铅(MAPbI3)钙钛矿光吸收层采用甲胺(CH3NH2)气体修饰，得到致密平整的表面。
低温碳电极介孔钙钛矿太阳能电池的制备方法包括如下步骤：
(1)制备空穴阻隔层，使用镀有氟掺杂氧化锡的玻璃FTO作为导电玻璃基底，依次使用丙酮、超纯水、无水乙醇超声洗涤FTO导电玻璃，自然晾干，紫外臭氧处理冷却至室温备用，双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯的正丁醇溶液滴于清洁的FTO上，进行旋涂(3000～10000rmp条件下旋涂)，然后在加热板上100～125℃处理5～10min，得到致密的TiO2层；
(2)制备介孔二氧化钛电子传输层，在致密层上涂覆TiO2介孔层，水热法合成TiO2粉末，按照TiO2粉末：乙基纤维素：松油醇的质量比(0.5～1.5)：(4～8)：(2～5),优选1:6:3，添加乙基纤维素、松油醇等制备成TiO2浆料，球磨，按照TiO2浆料：乙醇体积比为1:1～4稀释的浆料滴于致密层上，进行旋涂(优选在3000～10000rmp条件下旋涂)，然后在马弗炉中400～650℃煅烧，升温速率为1～4℃/min；
(3)制备二氧化锆隔离层，水热法合成ZrO2粉末，按照ZrO2粉末：乙基纤维素：松油醇的质量比(0.5～1.5)：(4～8)：(2～5)，优选1:6:3，添加乙基纤维素、松油醇等制备成ZrO2浆料，按照ZrO2浆料：：乙醇体积比为1:1～4稀释的浆料滴于介孔二氧化钛电子传输层上，进行旋涂(优选在3000～10000rmp条件下旋涂)，然后在马弗炉中400～650℃煅烧，升温速率为1～4℃/min；
(4)碳纳米管支撑层的制备，按照质量百分比浓度1～10％将碳纳米管分散在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，然后旋涂在二氧化锆隔离层上，干燥待用；
(5)钙钛矿的填充和碳电极的制备，通过两步法合成钙钛矿，第一步是旋涂PbI2层，将0.5～1.5mol/L PbI2的DMF(N,N－二甲基甲酰胺)溶液旋涂于碳纳米管支撑层上，转速为3000～10000rmp，时间10～30s，然后将薄膜在PbI2加热板上70～100℃退火10～30min，薄膜颜色由浅黄色变为深黄色；第二步是浸CH3NH3I的异丙醇溶液，将上述PbI2薄膜浸渍于5～10mg/L的CH3NH3I异丙醇溶液中30～90s，得到MAPbI3薄膜，颜色由黄色逐渐变为棕色，干后置于加热板上70～100℃退火10～30min，薄膜颜色变为深棕色；然后碳浆料通过丝网印刷在钙钛矿表面，最后将电池置于加热板上70～100℃退火10～30min；
或进一步(5)还包括钙钛矿的修饰，将步骤(5)制备完成的钙钛矿MAPbI3放置于充满甲胺(CH3NH2)气体的广口瓶中1～10s,钙钛矿变为无色透明状态，取出广口瓶，钙钛矿迅速变为棕色且表面光亮；然后进行碳电极的制备：碳浆料通过丝网印刷在钙钛矿表面，最后将电池置于加热板上90～100℃退火10～30min。
本发明提供一种廉价稳定的钙钛矿太阳能电池驱动的光电催化装置，主要包括：低温碳电极介孔钙钛矿太阳能电池、光电催化电极、对电极、光电反应池、搅拌系统。
低温碳电极介孔钙钛矿太阳能电池正极连接光电催化电极，电池的负极连接对电极，光电催化电极与对电极同时浸没于光电反应池的电解液中构成通路，光电反应池的电解液处于磁力搅拌系统，光电反应池由透光材料制成；
光电极为二氧化钛电极(TiO2)，钒酸铋电极(BiVO4)，石墨烯与二氧化钛的复合电极(RGO/TiO2)，碳纳米管与二氧化钛的复合电极(CNT/TiO2)，活性炭与二氧化钛的复合电极(AC/TiO2)，优选碳纳米管与二氧化钛复合的电极。对电极为，铂电极，碳电极，优选铂电极。具体制备方法如下：0.1～5％wt碳纳米管加入二氧化钛粉末，与松油醇和乙基纤维素按照(0.5～1.5)：(4～8)：(2～5),优选1:6:3配制浆料，浆料刮涂在FTO导电玻璃上,光电极面积为1～9cm2，于400～650℃烧0.5～1.2h。电解液优选5mol/L硫酸钠,低温碳电极介孔钙钛矿太阳能电池驱动的光电催化装置降解的有机污染物为罗丹明B。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：
1)本发明所提供的方法简单，性能优异，成本低廉。
2)本发明所提供的低温碳电极介孔钙钛矿太阳能电池，以低温碳浆料作为电极，不用有机电解质作为空穴传输层，无需蒸镀金属对电极，成本低廉，性能稳定。
3)本发明所提供的低温碳电极介孔钙钛矿太阳能电池，经过碳纳米管修饰隔离层与碳电极的传输界面，电池的效率得到大幅度提升。
4)本发明所提供的低温碳电极介孔钙钛矿太阳能电池，在碳纳米管修饰的基础上，用甲胺气体进一步的修饰，钙钛矿表面变得平整，效率进一步得到提升。
5)本发明所提供的低温碳电极介孔钙钛矿太阳能电池驱动的光电催化装置，可降解有机污染物，能量来源为太阳能，装置可回收，重复使用。
6)本发明所提供的低温碳电极介孔钙钛矿太阳能电池驱动的光电催化装置，光电催化薄膜为CNT/TiO2复合材料，光电降解效率高。
附图说明
图1、实施例中低温碳电极介孔钙钛矿太阳能电池结构示意图。
图2、实施例中低温碳电极介孔钙钛矿太阳能电池结构扫描电镜图。
图3、实施例1中钙钛矿平面扫描电镜图。
图4、实施例2中经过碳纳米管修饰的钙钛矿平面扫描电镜图。
图5、实施例3中经过碳纳米和甲胺气体双重修饰的钙钛矿平面扫描电镜图。
图6、实施例中低温碳电极介孔钙钛矿太阳能电池的J-V性能图。
图7、实施例4中低温碳电极介孔钙钛矿太阳能电池驱动的光电催化装置结构示意图。
图8、实施例4中对罗丹明B的降解曲线。
1碳电极，2碳纳米管修饰界面，3钙钛矿，4介孔二氧化锆隔离层，5介孔二氧化钛电子传输层，6致密的二氧化钛空穴阻隔层，7 FTO导电玻璃，8太阳能电池，9光电反应池，10光电催化电极，11磁力搅拌系统，12对电极。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。以下实施例碳电极面积为0.07～4cm2。
实施例1
如图1所示，低温碳电极介孔钙钛矿太阳能电池结构示意图，碳电极1作为电池的正极材料，碳纳米管2修饰界面，钙钛矿3作为光吸收层填充于介孔二氧化锆和二氧化钛每一层中，其中二氧化锆隔离层4分隔碳电极1与二氧化钛电子传输层5，致密的二氧化钛作6为空穴阻隔层，FTO导电玻璃7作为电池的负极，低温碳电极介孔钙钛矿太阳能电池的完整结扫描电镜图如图2所示。
低温碳电极介孔钙钛矿太阳能电池的制备：
(1)将表面镀有氟掺杂氧化锡的玻璃FTO作为导电玻璃基底，依次使用丙酮、超纯水、无水乙醇超声洗涤FTO导电玻璃，自然晾干然后用紫外臭氧机照射20min，待冷却到室温后，用0.15mol/L双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯的正丁醇溶液80μL滴凃于清洁的FTO上，3000rmp条件下旋涂30s，然后在加热板上125℃处理5min。
(2)水热法合成TiO2粉末，按照1:6:3添加乙基纤维素，松油醇等制备成TiO2浆料，球磨12h，按照1:4稀释浓度的浆料80μL滴于致密层上，在5000rmp条件下旋涂30s，然后在马弗炉中500℃烧30min，升温速率为2℃/min。
(3)水热法合成ZrO2粉末，按照1:6:3添加乙基纤维素，松油醇等制备成ZrO2浆料，球磨12h，用乙醇1:2稀释后涂覆在TiO2介孔层，在5000rmp条件下旋涂30s，然后在马弗炉中500℃烧30min，升温速率为2℃/min。
(4)在介孔支架层上旋涂PbI2层，将1mol/L PbI2的DMF(N,N－二甲基甲酰胺)溶液40μL旋涂于碳纳米管修饰的介孔支撑层上，转速为4000rmp，时间30s，然后将薄膜在PbI2加热板上70℃退火30min，薄膜颜色由浅黄色变为深黄色。第二步是浸CH3NH3I的异丙醇溶液，将上述PbI2薄膜浸溃于8mg/L的CH3NH3I异丙醇溶液中60s，MAPbI3薄膜颜色由黄色逐渐变为棕色，干后置于加热板上90℃退火30min，薄膜颜色变为深棕色，钙钛矿薄膜扫描电镜如图3所示。
(5)碳浆料通过丝网印刷在钙钛矿表面，最后将电池置于加热板上90℃退火30min。
实施例2
本实施例中,步骤(1)、(2)、(3)、(5)和同实施例1相同(4)按照3％的质量分数将碳纳米管分散在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，然后在2000rmp条件下30s旋涂在ZrO2隔离层，100℃退火30min，在介孔支架层上旋涂PbI2层，将1mol/L PbI2的DMF(N,N－二甲基甲酰胺)溶液40μL旋涂于碳纳米管修饰的介孔支撑层上，转速为4000rmp，时间30s，然后将薄膜在PbI2加热板上70℃退火30min，薄膜颜色由浅黄色变为深黄色。第二步是浸CH3NH3I的异丙醇溶液，将上述PbI2薄膜浸溃于8mg/L的CH3NH3I异丙醇溶液中60s，MAPbI3薄膜颜色由黄色逐渐变为棕色，干后置于加热板上90℃退火30min，薄膜颜色变为深棕色，钙钛矿薄膜扫描电镜如图4所示。
实施例3
本实施例中,步骤(1)、(2)、(3)、(5)和同实施例1相同。
(4)按照3％的质量分数将碳纳米管分散在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，然后在2000rmp条件下30s旋涂在ZrO2隔离层，100℃干燥30min，在介孔支架层上旋涂PbI2层，将1mol/L PbI2的DMF(N,N－二甲基甲酰胺)溶液40μL旋涂于碳纳米管修饰的介孔支撑层上，转速为4000rmp，时间30s，然后将薄膜在PbI2加热板上70℃退火30min，薄膜颜色由浅黄色变为深黄色。第二步是浸CH3NH3I的异丙醇溶液，将上述PbI2薄膜浸溃于8mg/L的CH3NH3I异丙醇溶液中60s，MAPbI3薄膜颜色由黄色逐渐变为棕色，干后置于加热板上90℃退火30min，薄膜颜色变为深棕色，将制备完成的钙钛矿放置于充满甲胺(CH3NH2)气体的广口瓶中2-3s,钙钛矿变为无色透明状态，取出广口瓶，钙钛矿迅速变为棕色且表面光亮。钙钛矿薄膜扫描电镜如图5所示。
最终组装的经过碳纳米管和甲胺气体双重修饰的低温碳电极介孔钙钛矿太阳能电池，J-V性能图如图6所示，单块电池的短路电流为20.49mA·cm-2，开路电压为1.02V，填充因子为44.5％。
实施例4
本实施例所用钙钛矿太阳能电池与光电极串联的光电催化装置,电池部分是经过碳纳米管和甲胺气体双重修饰的低温碳电极介孔钙钛矿太阳能电池，与实施例3相同，光电催化电极是碳纳米管与二氧化钛的复合(CNT/TiO2)薄膜电极，具体制备方法如下：0.75％wt碳纳米管加入二氧化钛粉末，与松油醇和乙基纤维素按照1:6:3配制浆料，浆料刮涂在FTO导电玻璃上,光电极面积为4cm2，然后在马弗炉中500℃烧30min，升温速率为2℃/min。装置如图7所示，太阳能电池8给光电反应池9中反应体系提供偏压，磁力搅拌系统11，太阳能电池正极连接光电催化电极10，负极连接对电极(铂)12。
光电催化降解水中罗丹明B：太阳能电池正极连接CNT/TiO2薄膜光电极作工作电极，光电极面积为4cm2，负极连接铂对电极，光电极与铂对电极同时浸没于0.5mol/L的Na2SO4电解液中构建一个二电极体系。将一定质量的罗丹明B溶解到电解液中，配制成浓度为0.5×10-5mol/L的目标降解物溶液50mL，搅拌使目标降解物在薄膜电极表面达到吸附-脱附平衡。之后，对薄膜和钙钛矿太阳能电池进行光照，光源为160mW/cm2的可见光，通过紫外-可见分光光度计观察溶液中目标降解物的浓度变化。
在光照条件下，太阳能电池提供的电压将CNT/TiO2薄膜产生的光生电子-空穴对中的电子驱动至对电极参与还原反应，而具有高氧化能力的空穴在阳极参与氧化反应。所述光电催化体系可在1h内对罗丹明B的降解率接近100％(如图8)，性能明显优于单纯的电催化和光催化体系。
利用本发明制备的低温碳电极介孔钙钛矿太阳能电池,将对原有介孔太阳能电池进行结构和性能优化，通过碳纳米管修隔离层与碳电极之间的钙钛矿，电池的电流显著提升，效率大幅度升高。进一步通过甲胺处理两步法得到的钙钛矿，是钙钛矿表面变得光滑致密，增加碳电极与钙钛矿之间的接触，最终提高其太阳能转化效率。本发明制备的光电催化电极是CNT/TiO2薄膜，光电催化效率优于单纯的TiO2薄膜，降解有机污染物的效果明显。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.钙钛矿太阳能电池，其特征在于，为低温碳电极介孔钙钛矿太阳能电池，自下而上依次为FTO导电玻璃负极、致密层二氧化钛空穴阻隔层、介孔二氧化钛电子传输层、介孔二氧化锆隔离层、碳纳米管修饰界面、碳电极正电极；填充在介孔二氧化锆隔离层、碳纳米管修饰界面缝隙中的甲胺碘化铅(MAPbI3)钙钛矿光吸收层。
2.按照权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，致密层二氧化钛空穴阻隔层的厚度0～100nm(优选60nm)，介孔二氧化钛电子传输层的厚度100～300nm(优选200nm)、介孔二氧化锆作隔离层的厚度100～300nm(优选200nm)、碳纳米管支撑层的厚度0～200nm(优选100nm)。
3.按照权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，填充在介孔二氧化钛电子传输层、介孔二氧化锆隔离层、碳纳米管支撑层缝隙中的甲胺碘化铅(MAPbI3)钙钛矿光吸收层。
4.按照权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，甲胺碘化铅(MAPbI3)钙钛矿光吸收层还采用甲胺(CH3NH2)改性。
5.制备权利要求1～4任一项所述的钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备空穴阻隔层，使用镀有氟掺杂氧化锡的玻璃FTO作为导电玻璃基底，依次使用丙酮、超纯水、无水乙醇超声洗涤FTO导电玻璃，自然晾干，紫外臭氧处理冷却至室温备用，双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯的正丁醇溶液滴于清洁的FTO上，进行旋涂，然后在加热板上100～125℃处理5～10min，得到致密的TiO2层；
(2)制备介孔二氧化钛电子传输层，在致密层上涂覆TiO2介孔层，水热法合成TiO2粉末，按照TiO2粉末：乙基纤维素：松油醇的质量比(0.5～1.5)：(4～8)：(2～5)，优选1:6:3，添加乙基纤维素、松油醇等制备成TiO2浆料，球磨，按照TiO2浆料：乙醇体积比为1:1～4稀释的浆料滴于致密层上，进行旋涂(优选在3000～10000rmp条件下旋涂)，然后在马弗炉中400～650℃煅烧，升温速率为1～4℃/min；
(3)制备二氧化锆隔离层，水热法合成ZrO2粉末，按照ZrO2粉末：乙基纤维素：松油醇的质量比(0.5～1.5)：(4～8)：(2～5)，优选1:6:3，添加乙基纤维素、松油醇等制备成ZrO2浆料，按照ZrO2浆料：：乙醇体积比为1:1～4稀释的浆料滴于介孔二氧化钛电子传输层上，进行旋涂，然后在马弗炉中400～650℃煅烧，升温速率为1～4℃/min；
(4)碳纳米管支撑层的制备，按照质量百分比浓度1～10％将碳纳米管分散在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，然后旋涂在二氧化锆隔离层上，干燥待用；
(5)钙钛矿的填充和碳电极的制备，通过两步法合成钙钛矿，第一步是旋涂PbI2层，将0.5～1.5mol/L PbI2的DMF(N,N－二甲基甲酰胺)溶液旋涂于碳纳米管支撑层上，转速为3000～10000rmp，时间10～30s，然后将薄膜在PbI2加热板上70～100℃退火10～30min，薄膜颜色由浅黄色变为深黄色；第二步是浸CH3NH3I的异丙醇溶液，将上述PbI2薄膜浸渍于5～10mg/L的CH3NH3I异丙醇溶液中30～90s，得到MAPbI3薄膜，颜色由黄色逐渐变为棕色，干后置于加热板上70～100℃退火10～30min，薄膜颜色变为深棕色；然后碳浆料通过丝网印刷在钙钛矿表面，最后将电池置于加热板上70～100℃退火10～30min；
或进一步(5)还包括钙钛矿的修饰，将步骤(5)制备完成的钙钛矿MAPbI3放置于充满甲胺(CH3NH2)气体的广口瓶中1～10s,钙钛矿变为无色透明状态，取出广口瓶，钙钛矿迅速变为棕色且表面光亮；然后进行碳电极的制备：碳浆料通过丝网印刷在钙钛矿表面，最后将电池置于加热板上90～100℃退火10～30min。
6.权利要求1～4任一项所述的钙钛矿太阳能电池驱动的光电催化装置，其特征在于，主要包括：低温碳电极介孔钙钛矿太阳能电池、光电催化电极、对电极、光电反应池、搅拌系统；
低温碳电极介孔钙钛矿太阳能电池正极连接光电催化电极，电池的负极连接对电极，光电催化电极与对电极同时浸没于光电反应池的电解液中构成通路，光电反应池的电解液处于磁力搅拌系统，光电反应池由透光材料制成。
7.按照权利要求6所述的光电催化装置，其特征在于，光催化电极选自二氧化钛电极(TiO2)、钒酸铋电极(BiVO4)、石墨烯与二氧化钛的复合电极(RGO/TiO2)、碳纳米管与二氧化钛的复合电极(CNT/TiO2)、活性炭与二氧化钛的复合电极(AC/TiO2)。
8.按照权利要求6所述的光电催化装置，其特征在于，对电极选自铂电极、碳电极。
9.按照权利要求6所述的光电催化装置，其特征在于，光催化电极具体制备方法如下：0.1～5％wt碳纳米管加入二氧化钛粉末，与松油醇和乙基纤维素按照(0.5～1.5)：(4～8)：(2～5)，优选1:6:3配制浆料，浆料刮涂在FTO导电玻璃上,形成光光电极，于400～650℃烧0.5～1.2h。
CN201810032430.XA 2018-01-12 2018-01-12 一种廉价稳定的钙钛矿太阳能电池及驱动的光电催化装置 Pending CN108258120A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810032430.XA CN108258120A (zh) 2018-01-12 2018-01-12 一种廉价稳定的钙钛矿太阳能电池及驱动的光电催化装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810032430.XA CN108258120A (zh) 2018-01-12 2018-01-12 一种廉价稳定的钙钛矿太阳能电池及驱动的光电催化装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108258120A true CN108258120A (zh) 2018-07-06

Family

ID=62727010

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810032430.XA Pending CN108258120A (zh) 2018-01-12 2018-01-12 一种廉价稳定的钙钛矿太阳能电池及驱动的光电催化装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108258120A (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109569727A (zh) * 2018-12-14 2019-04-05 北京化工大学 一种高效产氢的双卤代物钙钛矿光催化剂的制备及应用
CN109585054A (zh) * 2018-12-12 2019-04-05 新疆大学 绿色溶剂替换法干燥的导电碳浆应用于钙钛矿太阳能电池
CN109881212A (zh) * 2019-01-17 2019-06-14 东北师范大学 一种有机金属卤化物钙钛矿光阳极的制备方法
CN110752299A (zh) * 2019-10-21 2020-02-04 大连理工大学 一种包含钙钛矿-界面连接层的太阳能电池制备方法
CN112079576A (zh) * 2020-09-15 2020-12-15 闽江学院 一种氮化碳材料及其原位制备方法和在钙钛矿太阳能电池中的应用
CN112614947A (zh) * 2020-12-15 2021-04-06 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种稳定性强的含锡钙钛矿前驱液、光活性层、电池及制备方法
CN113140679A (zh) * 2021-04-20 2021-07-20 大正(江苏)微纳科技有限公司 钙钛矿电池、其制备方法及其修饰层制备方法
CN115537973A (zh) * 2022-09-27 2022-12-30 河北师范大学 一种硫化钼/多孔碳纳米纤维复合电极材料及其制备方法和应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101794841A (zh) * 2010-03-03 2010-08-04 上海交通大学 基于碳纳米管增效的太阳电池制备方法
CN102826635A (zh) * 2012-09-17 2012-12-19 浙江工商大学 一种利用太阳能驱动的光电催化降解有机污染物耦合制氢的装置及工艺
CN104538552A (zh) * 2014-12-30 2015-04-22 南京信息工程大学 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN105895804A (zh) * 2016-04-08 2016-08-24 武汉理工大学 一种低成本钙钛矿太阳能电池及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101794841A (zh) * 2010-03-03 2010-08-04 上海交通大学 基于碳纳米管增效的太阳电池制备方法
CN102826635A (zh) * 2012-09-17 2012-12-19 浙江工商大学 一种利用太阳能驱动的光电催化降解有机污染物耦合制氢的装置及工艺
CN104538552A (zh) * 2014-12-30 2015-04-22 南京信息工程大学 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN105895804A (zh) * 2016-04-08 2016-08-24 武汉理工大学 一种低成本钙钛矿太阳能电池及其制备方法

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109585054A (zh) * 2018-12-12 2019-04-05 新疆大学 绿色溶剂替换法干燥的导电碳浆应用于钙钛矿太阳能电池
CN109569727A (zh) * 2018-12-14 2019-04-05 北京化工大学 一种高效产氢的双卤代物钙钛矿光催化剂的制备及应用
CN109881212A (zh) * 2019-01-17 2019-06-14 东北师范大学 一种有机金属卤化物钙钛矿光阳极的制备方法
CN110752299A (zh) * 2019-10-21 2020-02-04 大连理工大学 一种包含钙钛矿-界面连接层的太阳能电池制备方法
CN112079576A (zh) * 2020-09-15 2020-12-15 闽江学院 一种氮化碳材料及其原位制备方法和在钙钛矿太阳能电池中的应用
CN112079576B (zh) * 2020-09-15 2022-04-01 闽江学院 一种氮化碳材料及其原位制备方法和在钙钛矿太阳能电池中的应用
CN112614947A (zh) * 2020-12-15 2021-04-06 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种稳定性强的含锡钙钛矿前驱液、光活性层、电池及制备方法
CN113140679A (zh) * 2021-04-20 2021-07-20 大正(江苏)微纳科技有限公司 钙钛矿电池、其制备方法及其修饰层制备方法
CN113140679B (zh) * 2021-04-20 2023-12-12 大正(江苏)微纳科技有限公司 钙钛矿电池、其制备方法及其修饰层制备方法
CN115537973A (zh) * 2022-09-27 2022-12-30 河北师范大学 一种硫化钼/多孔碳纳米纤维复合电极材料及其制备方法和应用
CN115537973B (zh) * 2022-09-27 2024-04-30 河北师范大学 一种硫化钼/多孔碳纳米纤维复合电极材料及其制备方法和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108258120A (zh) 一种廉价稳定的钙钛矿太阳能电池及驱动的光电催化装置
CN105336862B (zh) 一种整体堆叠双结钙钛矿太阳能电池及其制备方法
He et al. NiFe-layered double hydroxide decorated BiVO4 photoanode based bi-functional solar-light driven dual-photoelectrode photocatalytic fuel cell
CN109004048A (zh) 一种铯铅溴无机钙钛矿量子点薄膜的制备方法及基于其的光伏器件
CN105895804A (zh) 一种低成本钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN101462768B (zh) 一种二氧化钛介孔球的制备方法
CN104383902B (zh) 一种钛酸盐纳米片光催化膜材料及其制备方法和应用
CN101728083B (zh) 染料敏化太阳能电池用分级结构光阳极及其制备方法
CN101894674B (zh) 一种染料敏化太阳能电池复合光阳极及其制备方法
CN101271774B (zh) 一种可用于太阳能电池光阳极的材料、其制备方法及应用
Sun et al. Novel composite functional photocatalytic fuel cell assisted by Fenton-like reactions
CN101567268B (zh) 一种三元双层二氧化钛膜的制备方法
CN106257729A (zh) 自呼吸式光助生物质燃料电池及其应用
CN105336864A (zh) 一种钙钛矿太阳能电池结构及其制备方法
CN101866753B (zh) 染料敏化太阳能电池光阳极表面的处理方法
CN104377036B (zh) 一种In2S3为缓冲层的AgInS2量子点敏化TiO2光电极的制备方法
CN106206043A (zh) 一种FeS2纳米棒/石墨烯对电极材料及其制备方法与应用
CN102222574A (zh) 一种太阳能电池的Ag改性TiO2薄膜电极及制备方法
CN101700485B (zh) 一种光电催化装置
CN101777430A (zh) 一种染料敏化太阳能电池光阳极用二氧化钛膜的制备方法
CN102623186A (zh) 一种钛箔基柔性染料敏化太阳能电池及其制备方法
CN107742580A (zh) 一种基于吸光涂料制备量子点太阳电池的方法
CN101777431A (zh) 二氧化钛包覆的碳纳米管的薄膜电极的制备方法
CN103757656B (zh) 结合原电池和光电化学电池的光电化学制氢装置
CN103887071A (zh) 一种柔性染料敏化太阳能电池纳米纸基复合光阳极及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180706