本發(fā)明涉及光電材料領(lǐng)域，尤其涉及一種鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料及其制備方法、應(yīng)用。

背景技術(shù)：

隨著全球氣候變暖以及化石能源的逐漸耗盡，清潔可再生的新型能源一直是人類追求的目標(biāo)。太陽能作為取之不盡用之不竭的清潔能源，一直是人們研究的熱點(diǎn)。太陽能電池是直接將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，從傳統(tǒng)的硅太陽能電池再到目前以染料敏化太陽能電池和有機(jī)太陽能電池為代表的新型電池都得到了迅速發(fā)展。

全固態(tài)鈣鈦礦敏化太陽能電池在近兩年發(fā)展迅速，成為國際上的一個(gè)研究熱點(diǎn)；然而，目前以甲基碘甲氨為鈣鈦礦前驅(qū)體制備的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料，不耐水氧，在空氣中極不穩(wěn)定，這極大地限制了鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料的使用推廣。

因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料及其制備方法、應(yīng)用，旨在解決現(xiàn)有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料不耐水氧、在空氣中極不穩(wěn)定，導(dǎo)致其應(yīng)用受限的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料，其中，所述含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料的化學(xué)式為rnh3mx3-aya，其中，r為氟代烷基，m為金屬元素，x和y各自為cl、br或i中的任意一種，0≦a≦3。

所述的含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料，其中，所述氟代烷基中，1≦c的個(gè)數(shù)≦12。

所述的含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料，其中，所述m為pb²⁺、ge²⁺、sn²⁺、cu²⁺、ni²⁺、co²⁺、fe²⁺、mn²⁺、cr²⁺、pd²⁺、cd²⁺、eu²⁺或yb²⁺中的一種。

一種如上任一所述的含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料的制備方法，其中，包括步驟：

前驅(qū)體的制備：將氟代烷基氨與hx按一定比例混合溶于有機(jī)溶劑中，攪拌預(yù)定時(shí)間后減壓旋出溶劑，烘干得到前驅(qū)體；

鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料的制備：將所述前驅(qū)體與my2混合溶于有機(jī)溶劑中，攪拌后得到沉淀，將所述沉淀烘干制得所述含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料。

所述的含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料的制備方法，其中，在前驅(qū)體的制備過程中，所述氟代烷基與hx摩爾比為1：2.01-1：2.1。

所述的含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料的制備方法，其中，在前驅(qū)體的制備過程中，所述有機(jī)溶劑為無水乙醇。

所述的含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料的制備方法，其中，在前驅(qū)體的制備過程中，當(dāng)溶劑旋出后，將得到的白色粉末用乙醚洗滌三次，在60℃下真空干燥過夜，得到前驅(qū)體。

所述的含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料的制備方法，其中，在前驅(qū)體的制備過程中，攪拌時(shí)間為1-3h。

所述的含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料的制備方法，其中，在鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料的制備過程中，所述有機(jī)溶劑為二甲基甲酰胺。

一種如上任一所述的含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用，其中，所述含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料用于太陽能電池器件中的吸光層。

有益效果：本發(fā)明提供的含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料，氟元素取代了烷基上的部分氫元素，使得制備的含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料具有較強(qiáng)的疏水性能，在空氣中穩(wěn)定性能較強(qiáng)，不易被氧化，能夠廣泛地應(yīng)用于太陽能電池領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料的制備方法較佳實(shí)施例的流程圖；

圖2為本發(fā)明一種含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料制備的太陽能電池器件較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料及其制備方法、應(yīng)用，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明提供了一種含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料，其中，所述含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料的化學(xué)式為rnh3mx3-aya，其中，r為氟代烷基，m為金屬元素，x和y各自為cl、br或i中的任意一種，0≦a≦3。

具體來說，所述氟代烷基中，1≦c的個(gè)數(shù)≦12，所述烷基上的h元素可被氟元素全部或部分取代，例如，當(dāng)c的個(gè)數(shù)為1個(gè)時(shí)，則所述氟代烷基可以為cf3-或ch2f-或chf2-；較佳地，當(dāng)碳的個(gè)數(shù)越多時(shí)，且h元素被氟元素取代的數(shù)量越多時(shí)，所述含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料的疏水性能越強(qiáng)，越不容易被氧化。

進(jìn)一步，所述化合物rnh3mx3-aya中，x和y可以為cl、br、i中的同一種元素，也可以為不同的元素；所述m為pb²⁺、ge²⁺、sn²⁺、cu²⁺、ni²⁺、co²⁺、fe²⁺、mn²⁺、cr²⁺、pd²⁺、cd²⁺、eu²⁺或yb²⁺中的一種。

例如，所述含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料的化學(xué)式可以為cf3nh3pbi3、c2h2f4nh3pbclbr2、c3h2f7nh3pbbr2i等。

基于上述含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料，本發(fā)明還提供一種含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料的制備方法，其中，如圖1所示，包括步驟：

s1、前驅(qū)體的制備：將氟代烷基氨與hx按一定比例混合溶于有機(jī)溶劑中，攪拌預(yù)定時(shí)間后減壓旋出溶劑，烘干得到前驅(qū)體；

具體來說，在前驅(qū)體的制備過程中，所述氟代烷基與hx摩爾比為1：2.01-1：2.1；所述hx可以為hcl、hi或hbr中的一種或多種混合；所述有機(jī)溶劑優(yōu)選為無水乙醇；進(jìn)一步，在前驅(qū)體的制備過程中，攪拌時(shí)間為1-3h，優(yōu)選2h；攪拌均勻后通過減壓法旋出溶劑，將得到的白色粉末用乙醚洗滌三次，在60℃下真空干燥過夜，即得到前驅(qū)體。

s2、鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料的制備：將所述前驅(qū)體與my2混合溶于有機(jī)溶劑中，攪拌后得到沉淀，將所述沉淀烘干制得所述含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料。

具體來說，在s2步驟中，前軀體與my2的摩爾比可以任意摩爾比組合，my2可以為一種或多種鹵代金屬的混合；且該步驟中的有機(jī)溶劑優(yōu)選二甲基甲酰胺。

下面通過一具體實(shí)施例對本發(fā)明一種含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料的制備方法進(jìn)行說明：

實(shí)施例1

在實(shí)施例1中，含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料中r為三氟甲基，其結(jié)構(gòu)式為：cf3nh3pbi3，具體的制備步驟如下：

前軀體三氟碘甲胺的合成：冰浴下，乙醇（100ml）中，加入hi（12.79g，10mmol）,攪拌下，通入三氟甲胺氣體30分鐘，攪拌兩小時(shí)，真空下旋出乙醇，得到白色粉末，乙醚洗滌三次，60^oc下真空干燥過夜

鈣鈦礦材料制備：三氟碘甲胺（2.12g，10mmol），pbi2（4.6g，10mmol）溶于50mldmf中，攪拌1小時(shí)，將dmf滴入300ml乙醚中，得到黃色固體，過濾抽干，真空干燥過夜，即可制得化學(xué)式為cf3nh3pbi3含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料。

進(jìn)一步，本發(fā)明還對化學(xué)式為cf3nh3pbi3含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料與不含氟的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料的穩(wěn)定性進(jìn)行了對比：

將這兩種材料同時(shí)暴露在相同環(huán)境條件的空氣中，通過比較發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明提供的含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料暴露72h后才有少許的分解；而不含氟的鈣鈦礦材料在暴露36h后就全部分解；這一結(jié)果表明，本發(fā)明制備的含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料相對于不含氟的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料的穩(wěn)定性有了明顯提高。

基于上述含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料，本發(fā)明還提供了一種含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用，其中，所述含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料用于太陽能電池器件中的吸光層。

具體地，如圖2所示，所述鈣鈦礦太陽能電池器件結(jié)構(gòu)依次包括透明襯底10、透明導(dǎo)電層20、空穴傳輸層30、由含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料制備的吸光層40、電子傳輸層50、陰極界面修飾層60以及金屬電極70。

進(jìn)一步，所述鈣鈦礦太陽能電池的具體制備過程如下：

ito導(dǎo)電玻璃依次用丙酮、去離子水、異丙醇超聲洗滌，真空80°下干燥12小時(shí)；ito上制備niox薄膜；配置鈣鈦礦前驅(qū)體溶液，溶于dmso中，旋涂在niox薄膜上，100°退火10分鐘；配置電子傳輸層溶液，將pcbm溶液氯仿中，濃度為10mg/ml，通過旋涂法在鈣鈦礦薄膜上制備；依次蒸鍍bcp和金屬電極。

采用本發(fā)明提供的含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料所制備的太陽能電池具有優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)換效率，并且性能穩(wěn)定，使用壽命長。

綜上所述，本發(fā)明提供的含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料，氟元素取代了烷基上的部分氫元素，使得制備的含氟鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料具有較強(qiáng)的疏水性能，在空氣中穩(wěn)定性能較強(qiáng)，不易被氧化，能夠廣泛地應(yīng)用于太陽能電池領(lǐng)域。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。