[发明专利]Nb掺杂的二氧化钛纺锤体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种Nb掺杂的氧化钛纳米纺锤体的制备方法，包括：在冰醋酸溶液中加入钛酸丁酯，搅拌，按摩尔比Nb/(Nb+Ti)0％‑‑20％的掺杂比，将乙醇铌加入到上述溶液中，持续搅拌得到澄清的前驱体溶液；将上述溶液倒入具有聚甲氟乙烯内衬的不锈钠反应釜中，反应后，自然冷却至室温，得到白色或蓝色沉淀；将所有的沉淀用去离子水与乙醇反复清洗，即得到Nb掺杂的氧化钛纳米纺锤体。本发明还公开了Nb掺杂的氧化钛纳米纺锤体及其应用。本发明得到Nb掺杂的二氧化钛纺缍体，其制备方法简单，成本低廉，粒径均一且高度结晶。同时，由Nb掺杂的二氧化钛纺缍体作为电子传输材料，所得到的平板电池的效率高，滞后小，稳定性好。

技术领域

本发明涉及一种电池材料，具体涉及一种Nb掺杂的二氧化钛纺锤体及其制备方法和应用，属于太阳能电池技术领域。

背景技术

理想的电子传输层是高效的平面钙钛矿太阳能电池的重要组成部分，在传输电子与抑制复合方面有着非常关键的作用，可以实现高的Voc与FF。目前，在钙钛矿太阳能电池中，最为常用的电子传输层为TiO₂。然而，TiO₂具有导电性不好，电子迁移率低的缺点，而金属离子掺杂可以有效地增加它的电导率，调节其带隙结构与缺陷态。目前用于对氧化钛进行掺杂的金属元素有：镁、锂、钐、钽等。而铌掺杂的氧化钛在透明导电电极、光催化、锂电或钠电、染料敏化等中有广泛的应用，然而在平板钙钛矿电池中的应用却鲜有报道。

2004年，有报道称：通过在TiO₂生长过程加入NbCl₅得到Nb掺杂的氧化钛，并将其应用于平板钙钛矿电池中，与未掺杂Nb的氧化钛基的钙钛矿电池相比，效率提高了一倍(从4.9％到7.5％)。2016年，有报道称，通过加入NbCl₅合成Nb掺杂的氧化钛纳米晶，得到的电池效率为16.3％，然而效率均较低。2017年，以NbCl₅得到1％Nb:TiO₂，将它用于平板钙钛矿电池的电子传输层时，在反扫时的电池效率为19.2％，同时电池表现出提高的稳定性，然而它却表现出一定的滞后(正扫时的效率为16.21％)。而现在平板电池的认证效率为21.6％，以上结果中Nb:TiO₂所得到的平板电池的效率略低，同时它们所使用的Nb的前驱物均为NbCl₅，氯化铌是一种极易水解的物质，且会释放出HCl，对人体以及钙钛矿电池的衬底ITO会有一定的腐蚀作用。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种方法简单、电池效率高、稳定性好的Nb掺杂的二氧化钛纺锤体的制备方法。

本发明是这样实现的：

一种Nb掺杂的氧化钛纳米纺锤体的制备方法，包括：

在一定体积的冰醋酸溶液中加入一定量的钛酸丁酯，然后在搅拌的过程中，按Nb/(Nb+Ti)(摩尔比)0％～20％的掺杂比，将乙醇铌加入到上述溶液中，并持续搅拌得到澄清的铌掺杂的氧化钛的前驱体溶液；

而后将上述溶液倒入具有聚甲氟乙烯内衬的不锈钠反应釜中；之后将密闭后的反应釜放入到恒温干燥箱中，在一定的温度下反应一定的时间后，自然冷却至室温，得到白色或蓝色沉淀；将所有的沉淀用去离子水与乙醇反复清洗，即得到Nb掺杂的氧化钛纳米纺锤体。

更进一步的方案是：

所述的钛酸丁酯的加入量为冰醋酸溶液体积的1/5～1/3。

更进一步的方案是：

所述的一定的温度下反应一定的时间，是指在150～240℃反应16～48h。

本发明还提供了一种Nb掺杂的氧化钛纳米纺锤体，是通过前述的Nb掺杂的氧化钛纳米纺锤体的制备方法制备得到的。

本发明还提供了Nb掺杂的氧化钛纳米纺锤体的应用，是应用于平板钙钛矿电池中，作为电子传输层。