一种WO2材料及其制备方法和应用

本发明涉及太阳能电池材料领域，具体涉及一种wo2材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、钙钛矿太阳能电池具有pn结的光生伏特效应，在钙钛矿、界面和电极的各方面研究有着广阔的研究前景。但是目前钙钛矿太阳能电池对电极的研究较少，现有技术中，钙钛矿太阳能电池的对电极多为贵金属电极，但贵金属储量有限，成本较高，对钙钛矿太阳能电池走向商业化应用形成较大阻碍，因此，研发一种储量丰富，成本较低，导电性能优异的对电极对钙钛矿太阳能电池的发展应用有实际意义。

2、钨矿是我国的优势矿产资源，储量丰富，其中，wo2作为过渡金属氧化物，具有光致变色、电致变色的特性，常应用于光电变色、光学调试设备。而且，由于二氧化钨的结构具有固有的氧空位和强金属-金属键，令wo2具备优异的导电性能。但是，wo2的性质比较活泼，制备方法通常使用电化学法、溶胶凝胶法、溶剂热法，制备工序比较繁琐、成本较高，且在高温条件下wo2容易被氧化成wo3，因此，如何将性质活泼的wo2应用于对电极材料具有重大意义。

技术实现思路

1、针对现有技术中，钙钛矿太阳能电池的发展现状，从提高钙钛矿太阳能电池的稳定性和能量转化效率出发，探究wo2作为对电极材料对钙钛矿太阳能电池的性能影响，对降低制备钙钛矿太阳能电池的成本，提高钙钛矿太阳能电池的转化效率，促进绿色发展，推进钙钛矿太阳能电池商业化具有一定的指导价值。

2、为达到上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、本发明提供了一种wo2材料的制备方法，至少包括如下步骤：

4、步骤一、将钨盐溶于水中，加入还原剂，进行还原反应，过滤，洗涤，干燥，得wo2粉末；

5、步骤二、惰性氛围下，将所述wo2粉末于450℃-550℃煅烧，得wo2材料。

6、相比于现有技术，本发明提供了一种本发明提供了wo2材料的制备方法，本发明采用还原剂还原钨盐溶液的方法制备了wo2粉末，再通过惰性气氛下的高温煅烧，将无定型的wo2粉末烧结成为结构稳定，性能优异的wo2晶体，wo2晶体属于正交晶系，稳定有序的结构可提高对电极的导电性，减少了浆料中颗粒团聚；再者，wo2特殊的缺氧结构和晶体结构中固有的强金属-金属键使其表现出良好的导电性，使钙钛矿太阳能电池在低成本的条件下，展现出较佳的效率和稳定性，而wo2的疏水性能够有效避免水渗透进入钙钛矿层，使钙钛矿太阳能电池的应用更为广泛。

7、优选的，步骤一中，所述钨盐为六氯化钨。

8、优选的，步骤一中，所述还原剂为nabh4。

9、优选的，所述钨盐和还原剂的摩尔比为1:5-10。

10、优选的，步骤一中，钨盐溶解后的溶液浓度为0.008mol/l-0.012mol/l。

11、低浓度的钨盐溶液可以使还原反应更彻底，水可以降低生成物浓度，使反应平衡向生成wo2的方向移动，wo2在水或潮湿的情况下可以更稳定的存在。

12、优选的，步骤一中，所述还原反应的温度为20℃-35℃，反应时间为2h-4h。

13、优选的，步骤二中，所述wo2晶体为颗粒状结构。

14、优选的，所述wo2晶体的比表面积为24m2/g-47m2/g。

15、优选的，步骤二中，所述煅烧时间为1h-3h。

16、优选的，步骤二中，采用程序升温的方式升温至450℃-550℃，升温速率为2℃/min-6℃/min。

17、wo2粉末经惰性氛围下的高温烧结处理，由无定型的粉末状成为结构有序，性质稳定的晶体，晶体状的wo2具有较大的比表面积，且性质稳定用作对电极有良好的导电性。

18、本发明第二方面提供了一种wo2材料，由所述wo2材料的制备方法制备得到。

19、本发明第三方面提供了一种对电极，包括所述的wo2材料。

20、本发明第四方面提供了一种对电极的制备方法，至少包括如下步骤：

21、步骤a、将权利要求5所述的wo2材料和碳源加入松油醇中，球磨，得wo2碳浆；

22、其中，所述碳源为炭黑和石墨的混合物；

23、步骤b、将所述wo2碳浆刮涂于钙钛矿层上，干燥，烧结，得wo2对电极。

24、为了抑制二氧化钨的氧化，本发明还添加了石墨、炭黑和松油醇与wo2材料共同球磨，得到粒径均匀稳定的wo2碳浆，经过烧结可使含碳材料附着在wo2周围，降低其与空气的接触面积，避免wo2的快速氧化。

25、优选的，所述wo2材料、石墨和炭黑的质量比为1:0.15-0.25:0.08-0.12。

26、优选的，所述松油醇与wo2材料和碳源混合物总量的质量比为1-1.1:1。

27、优选的，步骤a中，所述球磨转速为300rpm-500rpm，球磨时间为12h-18h。

28、步骤b中，所述干燥的温度为60℃-100℃，干燥的时间为15min-20min。

29、优选的，步骤b中，所述烧结的温度为70℃-110℃，烧结时间为25min-45min。

30、优选的，步骤b中，所述刮涂的厚度为20μm-50μm。

31、本发明第五方面提供了所述的对电极在钙钛矿太阳能电池中的应用。

32、本发明提供了一种wo2材料及其制备方法和应用，利用强还原剂还原钨盐的方式，制备得到无定型的wo2粉末，再对wo2粉末进行高温退火处理后，将性质不稳定的wo2粉末烧结为结构有序，性质稳定的wo2晶体，利用wo2晶体的缺氧结构和固有的强金属-金属键使之成为一种性能优异的导体，使得钙钛矿太阳能电池在较低成本下，展现出较佳的效率和稳定性，且制备方法简便易操作，促进了钙钛矿太阳能电池的商业化发展。

技术特征：

1.一种wo2材料的制备方法，其特征在于：至少包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的wo2材料的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述钨盐为六氯化钨；和/或

3.如权利要求1所述的wo2材料的制备方法，其特征在于，步骤一中，钨盐溶解后的溶液浓度为0.008mol/l-0.012mol/l。

4.如权利要求1所述的wo2材料的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述还原反应的温度为20℃-35℃，反应时间为2h-4h；和/或

5.一种wo2材料，其特征在于，由权利要求1-4任一项所述的wo2材料的制备方法制备得到。

6.一种对电极，其特征在于，包括权利要求5所述的wo2材料。

7.一种对电极的制备方法，其特征在于，至少包括如下步骤：

8.如权利要求7所述的对电极的制备方法，其特征在于，所述wo2材料、石墨和炭黑的质量比为1:0.15-0.25:0.08-0.12；和/或

9.如权利要求7所述的对电极的制备方法，其特征在于，步骤a中，所述球磨转速为300rpm-500rpm，球磨时间为12h-18h；和/或

10.权利要求6所述的对电极在钙钛矿太阳能电池中的应用。

技术总结
本发明属于太阳能电池材料领域，具体涉及一种WO<subgt;2</subgt;材料及其制备方法和应用。本发明利用还原钨盐，高温煅烧的方式制备得到结构稳定，性能良好的WO<subgt;2</subgt;材料，并将其与碳源、松油醇混合制备得到WO<subgt;2</subgt;碳浆，将碳浆涂覆于钙钛矿层得WO<subgt;2</subgt;对电极。通过电化学性能测试可知，该WO<subgt;2</subgt;对电极可有效提高钙钛矿太阳能电池的填充因子和转换效率，在较低成本下，展现出较佳的效率和稳定性，且制备方法简便易操作，促进了钙钛矿太阳能电池的商业化发展。

技术研发人员：武明星,张君梦,焦鸿昊,郭佳宁,马婧媛
受保护的技术使用者：河北师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13