CN105789452A - 卤代物钙钛矿及其制备方法、太阳能电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种卤代物钙钛矿，所述卤代物钙钛矿的化学通式为APbX3或APb(XnY1‑n)3，其中，A为CH3NH3 +或N(CH3)4 +或CH(NH2)2 +，Pb为二价，X和Y均为卤素氯或溴或碘，0≤n≤1；本发明还公开了一种卤代物钙钛矿的制备方法、太阳能电池的制备方法，通过本发明得到的材料，纯度较高，制备过程简单，对设备要求较低；本发明制备太阳能电池的过程较硅基太阳能电池器件合成简单，成本低，寿命长，效率接近多晶硅器件，有利于大面积推广。
Description
技术领域
本发明属于光电材料技术领域，具体涉及一种卤代物钙钛矿及其制备方法、太阳能电池的制备方法。
背景技术
面对日益紧张的能源和环境危机，对新能源、可再生能源的需求日趋迫切，如何更有效、更低成本地利用取之不尽用之不竭的太阳能一直备受关注。然而传统的硅太阳能电池由于成本高、硅提纯过程对环境污染大等问题，使其大规模应用受到一定限制。因此，寻找低成本、环境友好的新型太阳能电池成为普遍关注的重点。
1991年，Grätzel等将多孔TiO2薄膜用于染料敏化太阳能电池，获得了7.1%的光电转换效率，使染料敏化太阳能电池引起了世界各国研究人员的关注(O’ReganB，GrätzelM.，Nature，1991，353：737)。虽然经过20余年的发展，染料敏化太阳能电池取得了一定的研究进展，但仍然存在诸多问题有待解决，难以与传统的硅太阳能电池相媲美，尤其是光电转换效率，一直难以达到硅太阳能电池的水平。
最近，出现了一种新型薄膜太阳能电池，这种电池采用了钙钛矿结构的(CH3NH3)PbI3，因此被称为钙钛矿型薄膜太阳能电池，因其采用全固态形式，既可以避免液体电解质带来的问题，又可以获得高转换效率，短短几年其光电转换效率从2009年的3.8%（KojimaA，TeshimaK，ShiraiY，MiyasakaT.，J.Am.Chem.soc.，2009，131：6050-6051.）增长到2014年的19.3%（ZhouHuanping，ChenQi，LiGang，LuoSong，SongTzebing，DuanHsinsheng，HongZiruo，YouJingbi，LiuYongsheng，YangYang.Science，2014，345：542-546.），因而备受关注。
这类材料具有一定的毒性，容易对环境造成污染。含铅卤代钙钛矿是一类新型的光电转换材料，在太阳能光伏方向有非常好的应用前景。探索新型的钙钛矿太阳能光伏材料及其器件制备方法，以获得较高恩能够来那个转化效率并具有较低的成本，具有重大意义。
发明内容
为解决现有存在的技术问题，本发明实施例提供一种卤代物钙钛矿及其制备方法、太阳能电池的制备方法。
为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供一种卤代物钙钛矿，所述卤代物钙钛矿的化学通式为APbX3或APb(XnY1-n)3，其中，A为CH3NH3 +或N(CH3)4 +或CH(NH2)2 +，Pb为二价，X和Y均为卤素氯或溴或碘，0≤n≤1。
上述方案中，所述卤代物钙钛APbX3或APb(XnY1-n)3均包含CH3NH3PbI3，CH3NH3PbBr3，CH3NH3PbI2Cl，CH3NH3PbICl2，N(CH3)4PbI3，N(CH3)4PbBr3，N(CH3)4PbCl3。
本发明实施例还提供一种卤代物钙钛矿的制备方法，其特征在于，该方法通过以下步骤实现：
步骤101：将原料PbX2加入到N,N’-二甲基甲酰胺（DMF）或氢卤酸中，X为卤素氯或溴或碘；
步骤102：向步骤101制得的溶液中加入甲胺盐或四甲基胺盐，直接得到钙钛矿的溶液；
步骤103：将步骤102制得的溶液中的溶剂减压去除，得到钙钛矿固体，该固体于80℃真空干燥24小时，于手套箱中保存。
上述方案中，所述步骤102制得的溶液需在氮气保护下于60~80℃反应5~10小时。
上述方案中，所述步骤101、步骤102、步骤103均在惰性气氛下制备。
本发明实施例还提供一种卤代物钙钛矿制备太阳能电池的制备方法，该方法通过以下步骤实现：
步骤201：将卤代物钙钛矿溶于二甲基甲酰胺（DMF）中，旋涂在导电玻璃（ITO）/电子传输层，于100℃热板上烘烤，挥发掉溶剂；
步骤202：向步骤201得到的钙钛矿旋涂层上旋涂空穴传输层；
步骤203：向步骤202得到的空穴传输层上蒸镀金或铝电极，组装成太阳能电池器件。
上述方案中，所述电子传输层所用材料包含TiO2和Al2O3和PEDOT：PSS。
上述方案中，所述空穴传输层所用材料为Spiro-OMeTAD和P3HT和无机化合物MoO3。
上述方案中，所述卤代物钙钛矿的成膜方式包括旋涂、提拉、喷雾，成膜后通过适当的加热处理得到APbX3或APb(XnY1-n)3固相结构。
上述方案中，所述步骤201、步骤202、步骤203均也要在惰性气氛下进行。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
通过本发明得到的材料，纯度较高，制备过程简单，对设备要求较低；本发明制备太阳能电池的过程较硅基太阳能电池器件合成简单，成本低，寿命长，效率接近多晶硅器件，有利于大面积推广。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的CH3NH3PbI3固体的X射线衍射图谱；
图2为本发明实施例2制得的N(CH3)4PbI3固体的X射线衍射图谱；
图3为本发明制得的钙钛矿电池的原理结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明实施例提供一种卤代物钙钛矿，所述卤代物钙钛矿的化学通式为APbX3或APb(XnY1-n)3，其中，A为CH3NH3 +或N(CH3)4 +或CH(NH2)2 +，Pb为二价，X和Y均为卤素氯或溴或碘，0≤n≤1。
所述卤代物钙钛APbX3或APb(XnY1-n)3均包含CH3NH3PbI3，CH3NH3PbBr3，CH3NH3PbI2Cl，CH3NH3PbICl2，N(CH3)4PbI3，N(CH3)4PbBr3，N(CH3)4PbCl3。
本发明实施例还提供一种制备如上述的卤代物钙钛矿的制备方法，该方法通过以下步骤实现：
步骤101：将原料PbX2加入到二甲基甲酰胺（DMF）或氢卤酸中，X为卤素氯或溴或碘；
步骤102：向步骤101制得的溶液中加入甲胺盐或四甲基胺盐，直接得到钙钛矿的溶液；
步骤103：将步骤102制得的溶液中的溶剂减压去除，得到钙钛矿固体，该固体于80℃真空干燥24小时，于手套箱中保存。
所述步骤102制得的溶液需在氮气保护下于60~80℃反应5~10小时。
所述步骤101、步骤102、步骤103均在惰性气氛下制备。
实施例1
合成钙钛矿：将4.61g碘化铅加入到10mL干燥的DMF中，搅拌下将1.98gCH3NH3I加入，氮气保护下于60℃反应5小时，得到亮黄色溶液；将上述亮黄色溶液减压蒸除溶剂，得到黄色固体；所述黄色固体于80℃真空干燥10小时，得到黑色钙钛矿CH3NH3PbI3固体。所述黑色钙钛矿CH3NH3PbI3固体的XRD如图1所示。
实施例2
合成钙钛矿：将4.61g碘化铅加入到20mL干燥的DMF中，搅拌下将2.01g四甲基碘化胺N(CH3)4I加入，氮气保护下于80℃反应10小时，得到亮黄色溶液；将所述亮黄色溶液减压蒸除溶剂，得到淡黄色固体；所述淡黄色固体于80℃真空干燥10小时，得到钙钛矿N(CH3)4PbI3固体，所述钙钛矿N(CH3)4PbI3固体的XRD如图2所示。
本发明实施例还提供一种利用卤代物钙钛矿制备太阳能电池的制备方法，如图3所示，该方法通过以下步骤实现：
步骤201：将卤代物钙钛矿溶于二甲基甲酰胺（DMF）中，旋涂在导电玻璃（ITO）/电子传输层，于100℃热板上烘烤，挥发掉溶剂；
步骤202：向步骤201得到的钙钛矿旋涂层上旋涂空穴传输层；
步骤203：向步骤202得到的空穴传输层上蒸镀金或铝电极，组装成太阳能电池器件。
所述电子传输层所用材料包含TiO2和Al2O3和PEDOT：PSS。
所述空穴传输层所用材料为Spiro-OMeTAD和P3HT或无机化合物MoO3。
所述卤代物钙钛矿的成膜方式包括旋涂、提拉、喷雾，成膜后通过适当的加热处理得到APbX3或APb(XnY1-n)3固相结构。
所述步骤201、步骤202、步骤203均也要在惰性气氛下进行。
实施例3：
将PEDOT：PSS水溶液旋涂到预处理过的ITO玻璃表面，在空气中100℃干燥30min，得到PEDOT：PSS薄膜；将利用实施例1制得的黑色钙钛矿CH3NH3PbI3固体溶解到DMF中，得到浓度为40wt%的溶液，在手套箱中旋涂于PEDOT：PSS薄膜上，120℃加热10min，得到棕黑色钙钛矿薄膜；将Spiro-OMeTAD溶于氯苯得到浓度为100mg/mL的溶液，将该溶液旋涂于CH3NH3PbI3薄膜上；在高真空下，蒸镀金电极，组装成太阳能电池器件。经测试，电池效率为9.6%。
实施例4
将PEDOT：PSS水溶液旋涂到预处理过的ITO玻璃表面，在空气中100℃干燥30min，得到PEDOT：PSS薄膜；将利用实施例2制得的钙钛矿N(CH3)4PbI3固体溶解到DMF中，得到浓度为20wt%的溶液，在手套箱中旋涂于PEDOT：PSS薄膜上，120℃加热30min，得到棕黑色钙钛矿薄膜；将P3HT溶于氯苯得到浓度为30mg/mL的溶液，将该溶液旋涂于N(CH3)4PbI3薄膜上；在高真空下，蒸镀铝电极，组装成太阳能电池器件。经测试，电池效率为5.6%。
Claims (10)
1.一种卤代物钙钛矿，其特征在于：所述卤代物钙钛矿的化学通式为APbX3或APb(XnY1-n)3，其中，A为CH3NH3 +或N(CH3)4 +或CH(NH2)2 +，Pb为二价，X和Y均为卤素氯或溴或碘，0≤n≤1。
2.根据权利要求1所述的卤代物钙钛矿，其特征在于：所述卤代物钙钛APbX3或APb(XnY1-n)3均包含CH3NH3PbI3，CH3NH3PbBr3，CH3NH3PbI2Cl，CH3NH3PbICl2，N(CH3)4PbI3，N(CH3)4PbBr3，N(CH3)4PbCl3。
3.一种制备如权利要求1所述的卤代物钙钛矿的制备方法，其特征在于，该方法通过以下步骤实现：
步骤101：将原料PbX2加入到N,N’-二甲基甲酰胺（DMF）或氢卤酸中，X为卤素氯或溴或碘；
步骤102：向步骤101制得的溶液中加入甲胺盐或四甲基胺盐，直接得到钙钛矿的溶液；
步骤103：将步骤102制得的溶液中的溶剂减压去除，得到钙钛矿固体，该固体于80℃真空干燥24小时，于手套箱中保存。
4.根据权利要求3所述的卤代物钙钛矿的制备方法，其特征在于：所述步骤102制得的溶液需在氮气保护下于60~80℃反应5~10小时。
5.根据权利要求3所述的卤代物钙钛矿的制备方法，其特征在于：所述步骤101、步骤102、步骤103均在惰性气氛下制备。
6.一种利用如权利要求1所述的卤代物钙钛矿制备太阳能电池的制备方法，其特征在于，该方法通过以下步骤实现：
步骤201：将卤代物钙钛矿溶于二甲基甲酰胺（DMF）中，旋涂在导电玻璃（ITO）/电子传输层，于100℃热板上烘烤，挥发掉溶剂；
步骤202：向步骤201得到的钙钛矿旋涂层上旋涂空穴传输层；
步骤203：向步骤202得到的空穴传输层上蒸镀金或铝电极，组装成太阳能电池器件。
7.根据权利要求6所述的制备太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述电子传输层所用材料包含TiO2和Al2O3和PEDOT：PSS。
8.根据权利要求6所述的制备太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述空穴传输层所用材料为Spiro-OMeTAD和P3HT和无机化合物MoO3。
9.根据权利要求6所述的制备太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述卤代物钙钛矿的成膜方式包括旋涂、提拉、喷雾，成膜后通过适当的加热处理得到APbX3或APb(XnY1-n)3固相结构。
10.根据权利要求6所述的制备太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤201、步骤202、步骤203均也要在惰性气氛下进行。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN107256926A (zh) * | 2017-05-12 | 2017-10-17 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 太阳能及离子储能两用电池器件及其制备方法 |
| CN107829138A (zh) * | 2017-10-27 | 2018-03-23 | 浙江理工大学 | 一种基于混合阳离子的立方相有机无机钙钛矿单晶材料、制备方法及其应用 |
-
2014
- 2014-12-15 CN CN201410765303.2A patent/CN105789452A/zh active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160720 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |