一种气凝胶及其制备方法和应用与流程

本技术涉及光伏器件，尤其涉及一种气凝胶及其制备方法和应用。

背景技术：

1、现有的钙钛矿太阳能电池器件的制备技术中，通常用ito导电玻璃、fto导电玻璃或pen|ito、pet|ito柔性衬底作为底电极，然而这些底电极的透光率通常只有80％左右，这导致钙钛矿太阳能电池常常面临着光吸收效率不高的问题。此外，钙钛矿太阳能电池在太阳光的长期照射下，电池内部温度逐渐升高，有机阳离子(例如，ch3nh3+)会在热应力的作用下从钙钛矿中逸出，导致钙钛矿的降解。并且温度过高也会导致有机空穴传输层的降解，如2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(spiro-ometad)，这加速了器件的老化。这种现象，特别是在钙钛矿太阳能组件中，尤为严重。

2、因此，亟需一种可同时解决钙钛矿光伏器件的透光率问题和散热问题的技术。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术的一个目的在于提供一种气凝胶的制备方法，酸催化硅烷水解反应和碱催化缩合反应，同时引入钛源，形成兼有增透和散热性能的杂化气凝胶。方法工艺简单，成本低廉，所制备的气凝胶用于钙钛矿太阳能电池，可提高钙钛矿光伏器件的透光率及散热效果，进而同时提高钙钛矿太阳能电池等光伏器件的效率和稳定性。

2、本技术的另一个目的在于提供一种气凝胶。

3、本技术的又一个目的涉及气凝胶的应用。

4、本技术的又一个目的在于提供一种钙钛矿太阳能电池。

5、为实现上述目的，本技术的第一方面提出了一种气凝胶的制备方法，包括：

6、将硅烷分散在第一溶剂中，得到硅烷溶液；

7、将所述硅烷溶液与酸溶液进行水解反应，得到硅溶胶；

8、将钛源分散在第二溶剂中，得到钛源分散液；

9、将所述硅溶胶、所述钛源分散液和碱溶液混合后，均匀涂覆在基材表面或放置于容器，静置凝胶化、老化和干燥，得到所述气凝胶。

10、在一些实施方式中，所述基材可以是底电极。

11、优选的，所述底电极包括ito导电玻璃、fto导电玻璃、pen|ito柔性衬底、pet|ito柔性衬底中的至少一种。

12、在一些实施方式中，所述硅烷包括甲基三甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、三氯甲基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、四甲氧基硅烷、四氯化硅中的至少一种。

13、在一些实施方式中，所述钛源包括钛酸丁酯或氯化钛酸二乙酯中的至少一种。

14、在一些实施方式中，酸溶液包括盐酸溶液、氢溴酸溶液、磷酸溶液、硝酸溶液、硫酸溶液、草酸溶液、甲酸溶液、乙酸溶液或丙酸溶液中的至少一种。

15、在一些实施方式中，碱溶液包括氨水溶液、碳酸钠溶液、碳酸钾溶液、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、碳酸氢钠溶液、碳酸氢钾溶液或硅酸钠溶液中的至少一种。

16、在一些实施方式中，所述硅烷、所述酸溶液中的酸、所述碱溶液中的碱三者的质量比为1：(0.00001-0.002)：(0.001-1)。

17、在一些实施方式中，所述水解反应的温度为25-100℃。

18、在一些实施方式中，所述水解反应的时间为5min-48h。

19、在一些实施方式中，所述将所述硅烷溶液与酸溶液进行水解反应。

20、在一些实施方式中，所述第一溶剂包括醇类溶剂、水、酮类溶剂中的至少一种。

21、在一些实施方式中，所述第二溶剂包括醇类溶剂、酮类溶剂、酯类溶剂中的至少一种。

22、在一些实施方式中，所述硅烷溶液中硅烷的浓度为0.1-15mol/l。

23、在一些实施方式中，所述酸溶液的浓度为0.00001-30mol/l。

24、在一些实施方式中，所述碱溶液的浓度为0.01-30mol/l。

25、在一些实施方式中，所述钛源分散液中钛源的浓度为0.01-9mol/l。

26、本技术的第二方面提供了一种气凝胶，所述气凝胶采用本技术所述的气凝胶的制备方法制备。

27、在一些实施方式中，所述气凝胶对可见光的透过率为80-99％。

28、在一些实施方式中，所述气凝胶的导热系数为0.010-0.095w/(k·m)。

29、本技术的第三方面涉及本技术所述的气凝胶在光伏、建筑、隔音、过滤、吸附、催化、传感、柔性穿戴等领域中的应用。

30、本技术的第四方面提供了一种光伏器件，包括本技术所述的气凝胶。

31、在一些实施方式中，所述光伏器件为钙钛矿太阳能电池，其包括依次设置的底电极，所述底电极具有相对设置的第一侧和第二侧，所述第一侧依次设有电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和金属电极，所述第二侧设有本技术所述的气凝胶。

32、在一些实施方式中，所述底电极包括ito导电玻璃、fto导电玻璃、pen|ito柔性衬底、pet|ito柔性衬底中的至少一种。

33、在一些实施方式中，所述电子传输层包括氧化锡(sno2)、二氧化钛(tio2)、氧化锌(zno)、五氧化二铌(nb2o5)、c60、富勒烯衍生物中的至少一种。

34、在一些实施方式中，所述钙钛矿吸光层包括mapbi3、fapbi3、fa1-xmaxpb(i1-ybry)3、fa1-xmaxpb(i1-ybry)3、csxfa1-xpb(i1-ybry)3、csxfa1-ymaypb(i1-ybry)3或rbxcsyfa1-ypb(i1-zbrz)3中的至少一种，所述fa1-xmaxpb(i1-ybry)3、fa1-xmaxpb(i1-ybry)3、csxfa1-xpb(i1-ybry)3和csxfa1-ymaypb(i1-ybry)3中，x＝0～0.2，y＝0～0.9，且x、y中至少一个不为0；所述rbxcsyfa1-ypb(i1-zbrz)3中，x＝0～0.2，y＝0～0.9，z＝0～1，且x、y、z中至少一个不为0。

35、在一些实施方式中，所述空穴传输层包括氧化镍(nio)、2,2",7,7"-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(spiro-ometad)、聚3-己基噻吩-2,5-二基(p3ht)、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](ptaa)、[2-(9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸(2pacz)和[2-(3,6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸(meo-2pacz)中的至少一种。

36、在一些实施方式中，所述金属电极包括金电极、银电极和铜电极中的至少一种。

37、本技术所述的气凝胶的制备方法，至少可以带来以下有益效果：

38、酸催化硅烷水解反应和碱催化缩合反应，同时引入钛源，形成兼有增透和散热性能的杂化气凝胶。方法工艺简单，成本低廉，所制备的气凝胶用于钙钛矿太阳能电池，可提高钙钛矿光伏器件的透光率及散热效果，进而同时提高钙钛矿太阳能电池等光伏器件的效率和稳定性。

39、本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。