先进制造技术

本发明公开了一种钙钛矿太阳能电池的碳电极材料及其制备方法，属于光电材料和纳米薄膜制备领域。本发明采用喷雾涂膜法在透明导电基底上制备致密二氧化钛薄膜电子传输层；接着在致密二氧化钛薄膜上制备钙钛矿结构的有机金属卤化物作为光吸收层，然后通过喷雾涂膜法在钙钛矿薄膜光吸收层上制备空穴传输层/碳电极层，得到的碳薄膜即为钙钛矿太阳能电池的碳电极层。采用碳材料替代昂贵的贵金属作为空穴传输电极材料，降低成本。采用简单、快速、可规模化生产的喷雾涂膜法进一步节约了成本，并解决了钙钛矿太阳能电池电极成本高、真空蒸镀制备金属电极方法难以实现规模化生产的问题，适用于低温制备大面积钙钛矿太阳能电池的电极材料。

 随着传统化石能源的短缺，以及日益严重地环境问题，高效、低能耗、无污染的太阳能电池受到各国的重视，2009年日本科学家Miyasaka首先将钙钛矿基半导体用于液态的敏化太阳电池中，取得了3.8％的光电转化效率，但由于电解液的腐蚀，电池效率衰减很快(J.Am. Chem.Soc.2009，131，6050.)。随着研究的不断深入，钙钛矿太阳能电池效率进一步提高，目前NREL认证效率最高已达17.9％。在短短的5年之中，钙钛矿太阳能电池效率从3.8％提高至 17.9％，引起了科学界的广泛关注。

译

[0003] 现有的钙钛矿太阳能电池的制备都需要用到Spiro-OMeTAD和一些贵金属如金、银，成本高，不利于大面积推广。Michael 等(Nature 2013(499).316-319.)采用液相两步法，用spiro-MeOTAD和Au，获得了15％的电池效率。Snaith等(Nature 2013(501).395-398.)也是用 spiro-MeOTAD作为空穴传输材料，Ag作为电极材料。这样使得太阳能电池的制备成本高，而且Ag很容易氧化，稳定性与耐久性差。现在已有把碳材料加入到钙钛矿太阳能电池中的，如马廷丽等(J.Phys.Chem.Lett.2014，5(18)，3241-3246.)将碳浆料研磨后采用刮涂法制备的碳电极层，此工艺操作周期长，可控性不强，不利于广泛使用。Snaith等(Nano Lett.，2014，14 (2)，724-730.)将石墨烯筛选后加入到电子传输层，此过程需要多次连续超声和离心，操作工艺繁琐，同时还是采用了金电极，成本高。Shihe Yang等(Energy Environ.Sci.，2014，7， 3326-3333)将蜡烛在玻璃上熏的碳粉收集起来后在1000℃惰性气氛下煅烧，然后制备出碳浆料，涂敷在铜箔上进行烘干，作为电极。此实验方法需要高温、惰性环境，实验条件要求高，能耗大，成本高，不适合工艺的大量推广。

本发明的制备方法，采用碳材料替代昂贵的贵金属材料作为空穴传输材料/电极材料，降低成本。采用简单、快速、可规模化生产的喷雾涂膜法代替真空镀膜、喷墨打印法、或磁控溅射法，进一步节约了成本，并解决了钙钛矿太阳能电池电极成本高、真空蒸镀制备金属电极方法难以实现规模化生产的问题，有利于实现钙钛矿太阳能电池的工业化生产。译

[0015] 与现有技术相比，本发明通过喷雾涂膜方法制备空穴传输层/碳薄膜层，制备工艺简单，薄膜厚度容易控制，制备温度低，能耗低和成本低，适用于低温制备大面积钙钛矿太阳能电池的电极材料。