一種高穩(wěn)定混合維鈣鈦礦材料及應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明屬于鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高穩(wěn)定混合維鈣鈦礦材料及應(yīng)用。所述混合維鈣鈦礦材料的通式為(A)2(CH(NH2)2)n?1PbnI3n+1，其中A為(CH3)2NH2，C6H5CH2NH3，CHONH3，H3NCH2CH2CH2NH3或H3NCH2CH2CH2CH2NH3；n＝3,5,7,9,11。利用本發(fā)明所述的高穩(wěn)定混合維鈣鈦礦材料制備得到的鈣鈦礦太陽電池在大于90％的濕度條件下放置20天以上，效率下降小于0.5％。
【專利說明】
-種高穩(wěn)定混合維巧鐵礦材料及應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于巧鐵礦太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種高穩(wěn)定混合維巧鐵礦材料 及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 2009年巧鐵礦太陽能電池的問世，引起了全球研究者的廣泛關(guān)注，引領(lǐng)了新型太 陽能電池的研究熱潮?；谟袡C(jī)金屬面化物巧鐵礦太陽能電池由于其優(yōu)良的光電性能、高 的吸光系數(shù)、制備工藝簡單多樣和低成本等優(yōu)點(diǎn)引起了相當(dāng)大的關(guān)注，代表了一個(gè)新興的 光伏技術(shù)。
[0003] 雖然巧鐵礦太陽能電池的效率不斷增長，但是由于巧鐵礦對潮濕和氧氣的敏感、 在日光下長時(shí)間暴露會(huì)發(fā)生光分解等，仍需考慮改進(jìn)C也N也PbX3巧鐵礦電池封裝技術(shù)，解決 其穩(wěn)定性問題，延長電池的壽命，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。
[0004] 有機(jī)/無機(jī)巧鐵礦的通式為(RN也)2 ( C也畑3 ) n-1饑n+lX3n+l，其中RN也+為有機(jī)胺陽離 子，當(dāng)n>2時(shí)為層狀2D巧鐵礦材料。隨著無機(jī)層數(shù)增加，2D巧鐵礦材料的UV-Vis吸收峰位置 逐漸紅移，能隙和激子結(jié)合能逐漸減少，導(dǎo)電性能逐漸增強(qiáng)，在可見光區(qū)有更強(qiáng)的光吸收和 強(qiáng)的光致發(fā)光。二維巧鐵礦材料雖然效率比較低，但是相比于常規(guī)的巧鐵礦材料有很高的 穩(wěn)定性和抗?jié)衲芰?，可W很好地替代常規(guī)巧鐵礦材料，在高效的前提下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定長期的工 業(yè)化應(yīng)用，因此具有很高的研究價(jià)值和巨大的發(fā)展前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種高穩(wěn)定混合維巧鐵礦材料及應(yīng)用，具體技術(shù)方案為：
[0006] 一種高穩(wěn)定混合維巧鐵礦材料，其通式為（A)2(CH(NH2)2)n-lPbnl3n+l，其中A為 (CH3) 2NH2，Cs 也 CH2NH3，CH0NH3，也 NCH2CH2CH2NH3 或也 NCH2CH2CH2CH2NH3 ;n = 3,5,7,9，ll。
[0007] 優(yōu)選地，n = 9。
[000引如上所述的一種高穩(wěn)定混合維巧鐵礦材料在制備巧鐵礦太陽電池方面的應(yīng)用。
[0009] 利用本發(fā)明所述的高穩(wěn)定混合維巧鐵礦材料制備得到的巧鐵礦太陽電池在大于 90%的濕度條件下放置20天W上，效率下降小于0.5%。
[0010] 本發(fā)明具有W下有益效果：
[001 U 相對于常規(guī)C也N也饑I減CH(畑2)2Pbl3巧鐵礦材料，本發(fā)明的材料有更高的穩(wěn)定性 和抗?jié)穸饶芰Γ贤?可見光吸收和光致發(fā)光峰都發(fā)生紅移，帶隙減少。（A)2(CH(NH2)2)n- l化nI3n+l，當(dāng)n = 9時(shí)得到最好性能，開路電壓1.03V，電流密度20.54mAcm-2，填充因子 71.71%，最優(yōu)效率達(dá)到15.17%;在大于90%的濕度條件下放置20天W上效率沒有明顯下 降，且XRD峰顯示巧鐵礦膜沒有發(fā)生明顯分解，說明其具有很高的濕度穩(wěn)定性，可W替代常 規(guī)的巧鐵礦材料，實(shí)現(xiàn)巧鐵礦太陽能電池的長期穩(wěn)定高效工作，給其產(chǎn)業(yè)化帶來希望。
【附圖說明】
[001 ^ 圖I為本發(fā)明所制備的(A) 2 ( CH(畑2 ) 2 ) n-1饑nl 3n+l (n = 3,5,7,9和11)混合維巧鐵礦 材料的SEM截面圖；（a)~(e)依次對應(yīng)n = 3~11;
[OOK] 圖2為實(shí)施例2所制備的（C冊畑3)2(CH(畑2)2)8饑9l28混合維巧鐵礦與常規(guī)CH(畑2) 2Pbl3巧鐵礦太陽能電池J-V曲線圖；
[0014]圖3為實(shí)施例2所制備的（C冊畑3)2(CH(N此)2)sPb9l28混合維巧鐵礦材料的紫外-可 見光吸收圖；
[001引圖4為實(shí)施例2所制備的（C冊畑3)2(CH(畑2)2)8饑9l28混合維巧鐵礦與常規(guī)CH(畑2) 2化13巧鐵礦材料的光致發(fā)光譜圖；
[0016] 圖5為實(shí)施例2所制備的（C冊畑3)2(CH(畑2)2)sPb9l28與常規(guī)CH(畑2)2饑13巧鐵礦基 光伏電池在高濕度條件下放置的歸一化效率變化圖；
[0017] 圖6為實(shí)施例2所制備的（C冊畑3)2(CH(畑2)2)8饑9l28與常規(guī)CH(畑2)2饑13巧鐵礦膜 高濕度條件下放置前后的XRD圖；圖（a)對應(yīng)(C冊畑3)2(CH(N出)2)8Pb9l28,圖（b)對應(yīng)常規(guī) [001引 CH(畑2)2饑13巧鐵礦膜。
[0019] 具體實(shí)施方法
[0020] 下面對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不W任何方式對本發(fā)明加W限制。
[0021 ] 混合維巧鐵礦太陽能電池的構(gòu)建
[0022] FTO玻璃（1.5cm X 2. Ocm)用鋒粉和4M的鹽酸刻蝕掉2mm?；|(zhì)先由洗涂劑超聲清 洗，再用超純水和乙醇分別沖洗=次，平板爐上烘干。采用噴霧熱解法，在450°C下，W空氣 作為運(yùn)載氣體，將20-30nm Ti化致密層沉積在清洗后的FTO玻璃上，前體溶液為0.6mL鐵酸 四異丙醋和0.4mL乙酷丙酬(溶劑為7mL的無水異丙醇）。將30皿的Dyesol用乙醇按質(zhì)量比1: 5.5進(jìn)行稀釋，得到納米漿料，W4000rpm，200化pm S-1旋涂納米漿料20s，將介孔Ti化涂層沉 積到基底上，并將其放于平板爐上高溫退火化，溫度由室溫升溫至510°C。在流動(dòng)的空氣手 套箱中，旋涂1.3M的化巧鐵礦前驅(qū)體溶液，首先1000巧m，200rpm S-I旋涂20s，再W 60(K)rpm，200化pm S-I旋涂30s，旋涂結(jié)束前20s將12化L氯苯滴加在旋轉(zhuǎn)的基底上，然后將基 底在100°C平板爐上加熱60min，得到吸光層。CH(畑2)2饑13 1.3M Pb2+前驅(qū)體溶液和(AMCH (N 出）2)n-iPbnl3n+i(n = l，3,5,7,9，ll 或AI:CH(N 出）2l = l:l，l:2，l:3，l:4，l:5)的制備方法 為:將相應(yīng)比例的粉末溶解在無水DMF溶劑，于70°C下攬拌30min;冷卻到室溫后，將spiro- OMeTAD空穴傳輸材料化TM)的溶液（由73mL的spiro-OMeTAD、裡鹽、TBP和鉆（III)鹽在氯苯 中溶解得到）W3000rpm 80s旋涂到巧鐵礦層上。最后在HTM層上真空熱蒸發(fā)60nm的金，再放 置到干燥箱中保存，得到混合維巧鐵礦太陽能電池。
[0023] 實(shí)施例1
[0024] 按CH0NH31: CH(畑2) 21:饑12 = 2:2: 3 (n = 3)的比例在DMF中配制成1.3M的饑2+巧鐵 礦前驅(qū)體溶液，70°C下攬拌30min，在流動(dòng)的空氣手套箱中，首先1000巧m，20化pm 旋涂 20s，再WeOOOrpm JOOOrpm 旋涂30s，旋涂結(jié)束前20s時(shí)將120化氯苯滴加在旋轉(zhuǎn)的基底 上，然后將基底在IOOC平板爐上加熱60min，其他步驟按照"混合維巧鐵礦太陽能電池的構(gòu) 建"部分的描述進(jìn)行，得到混合維巧鐵礦太陽電池(C冊N曲)2 (CH(N此)2)2Pb317(n = 3)，電池 效率達(dá)到5.38%。
[0025] 實(shí)施例2
[0026] 按CH0NH31: CH(畑2) 21:饑12 = 2:8:9 (n = 9)的比例在DMF中配制成1.3M的饑h巧鐵 礦前驅(qū)體溶液，70°C下攬拌30min，在流動(dòng)的空氣手套箱中，首先1000巧m，20化pm 旋涂 20s，再WeOOOrpm JOOOrpm 旋涂30s，旋涂結(jié)束前20s時(shí)將120化氯苯滴加在旋轉(zhuǎn)的基底 上。然后將基底在l〇〇°C平板爐上加熱60min，其他步驟按照"混合維巧鐵礦太陽能電池的構(gòu) 建"部分的描述進(jìn)行，得到混合維巧鐵礦太陽電池(C冊畑3) 2 (CH(N出)2) sPb9l28 (n = 9)，電池 效率達(dá)到15.17%。
[0027] 表1為CH(畑2)2Pbl3和本實(shí)施例所制備的(AMCH(畑2)2)n-化nl3n+l(n = 9)基巧鐵礦 太陽電池的光伏參數(shù)對比結(jié)果。從表中可W看出，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，常規(guī)的CH(NHs) 2饑13基太陽電池的效率為16.00%，而此處的混合維巧鐵礦(4)2(邸(畑2)2)。-1饑。13。+1(11 = 9)太陽電池效率也能達(dá)到15.17%，效率比常規(guī)電池僅僅小一點(diǎn)，但其他性能卻相對常規(guī)巧 鐵礦太陽電池好。
[002引表1CH(畑2)2饑13和本實(shí)施例所制備的(AMCH(畑2)2)n-lPbnl3n+l(n = 9)基巧鐵礦太 陽電池的光伏參數(shù)對比結(jié)果
[0029]
[0030] 圖2為本實(shí)施例所制備的（CHON出）2(畑(NH2)2)sPb9l28混合維巧鐵礦與常規(guī)畑 (N此)2Pbl3巧鐵礦太陽能電池的J-V曲線圖；從圖中可W看出，混合維巧鐵礦的光伏性能正 常，與常規(guī)的CH(N此)2Pbl3基太陽電池的光伏性能相近，加入A位并沒有改變電池的光伏性 能。
[0031] 圖3為本實(shí)施例所制備的(C冊畑3 ) 2 ( CH(N此)2 ) 8Pb9l28混合維巧鐵礦材料的紫夕h可 見光吸收圖；從圖中可W看出，相比常規(guī)的CH(N出)2Pbl3膜，（C冊畑3)2(CH(N出)2)8Pb9l28混合 維巧鐵礦的紫外可見光吸收發(fā)生了紅移，太陽電池的吸收譜帶拓寬。
[0032] 圖4為本實(shí)施例所制備的（CHON出）2(畑(NH2)2)沁b9l28混合維巧鐵礦與常規(guī)畑 (N此)2Pbl3巧鐵礦材料的光致發(fā)光譜圖；從圖中可W看出，相比常規(guī)的CH(N此)2Pbl3巧鐵礦 膜，（C冊畑3)2(CH(N出)2)8Pb9l28混合維巧鐵礦的膜的光致發(fā)光發(fā)生了紅移，與圖3中的紫外- 可見光吸收紅移相對應(yīng)。
[00削圖5為本實(shí)施例所制備的（C冊畑3)2(CH(畑2)2)sPb9l28與常規(guī)CH(畑2)2Pbl3巧鐵礦基 光伏電池在高濕度條件下放置的歸一化效率變化圖；從圖中可W看出，相比常規(guī)的CH(Wfe) 2Pbl3巧鐵礦基太陽電池，（C冊畑3)2(CH(N出)2)8Pb9l28混合維巧鐵礦太陽電池具有很高的抗 濕度能力，在大于90%的濕度條件下放置24天后，效率下降了效率0.5%，穩(wěn)定性很高，而常 規(guī)巧鐵礦的效率急劇下降。
[0034] 圖6為本實(shí)施例所制備的(C冊畑3)2(CH(畑2)2)sPb9l28與常規(guī)CH(畑2)2Pbl3巧鐵礦膜 高濕度條件下放置前后的XRD圖；從圖中可W看出，相比常規(guī)的CH(N此)2Pbl3巧鐵礦基太陽 電池，（CHON曲)2(CH(N此)2)8Pb9l28混合維巧鐵礦太陽電池具有很高的抗?jié)穸饶芰?，在大?90%的濕度條件下放置24天后，XRD圖形沒有發(fā)生明顯改變，膜沒有分解，而常規(guī)巧鐵礦的 膜發(fā)生了明顯分解，出現(xiàn)了很多雜峰和明顯的Pbl2峰。
[0035] 實(shí)施例3
[0036] 按Cs也C出畑3l:CH(N出）2l:饑l2 = 2:8:9(n = 9)的比例在DMF中配制成1.3M的Pb2+巧 鐵礦前驅(qū)體溶液，70°C下攬拌30min，在流動(dòng)的空氣手套箱中，首先1000巧m，200巧m 旋涂 20s，再WeOOOrpm JOOOrpm 旋涂30s，旋涂結(jié)束前20s時(shí)將120化氯苯滴加在旋轉(zhuǎn)的基底 上。然后將基底在l〇〇°C平板爐上加熱60min，其他步驟按照"混合維巧鐵礦太陽能電池的構(gòu) 匙'部分的描述進(jìn)行，得到混合維巧鐵礦太陽電池(Cs也C出畑3) 2 (CH(N出)2)sPb9128(n = 9)，電 池效率達(dá)到14.40 %。
[0037] 實(shí)施例4
[003引按I出NC出C出C出畑31: CH (N出）21: Pb 12 = 1:8:9 (n = 9)的比例在DMF中配制成1.3M的 Pb2+巧鐵礦前驅(qū)體溶液，70°C下攬拌30min，在流動(dòng)的空氣手套箱中，首先1000 rpmJO化pm 旋涂20s，再W6000巧m，2000巧m 旋涂30s，旋涂結(jié)束前20s時(shí)將12化L氯苯滴加在旋轉(zhuǎn) 的基底上。然后將基底在IOOC平板爐上加熱60min，其他步驟按照"混合維巧鐵礦太陽能電 池的構(gòu)建"部分的描述進(jìn)行，得到混合維巧鐵礦太陽電池化3NC出C出C出畑3)2(CH(NH2)2) sPb9128 (n = 9)，電池效率達(dá)到8.24 %。
[0039 ] 圖1為本發(fā)明所制備的(A) 2 (CH(畑2) 2) n-i饑nl 3n+i (n = 3,5,7,9和11)混合維巧鐵礦 材料的沈M截面圖；（a)~(e)依次對應(yīng)n = 3~11;從圖中可W看出，（A)2(CH(畑2)2)n-l饑nl3n+l 為片狀生長成=維結(jié)構(gòu)，n越小片狀感越明顯，說明混合維巧鐵礦是由二維=維混合而成， 不是單純的=維結(jié)構(gòu)，與常規(guī)巧鐵礦存在明顯區(qū)別。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高穩(wěn)定混合維媽鈦礦材料，其特征在于，所述混合維媽鈦礦材料的通式為(A) 2 (CH(NH2)2)n-lPbnI3n + l，其中A為（CH3)2NH2，C6H5CH2NH3，CHONH3，H3NCH2CH2CH2NH3或 H3NCH2CH2CH2CH2NH3 ；n = 3,5,7,9,ll〇2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高穩(wěn)定混合維媽鈦礦材料，其特征在于，n = 9。3. 權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)所述的一種高穩(wěn)定混合維鈣鈦礦材料在制備鈣鈦礦太陽電池方 面的應(yīng)用。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用，其特征在于，制備得到的鈣鈦礦太陽電池在大于90%的 濕度條件下放置20天以上，效率下降小于0.5%。
【文檔編號(hào)】H01L51/42GK106098943SQ201610482833
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月27日
【發(fā)明人】戴松元, 潘旭, 鄭海英, 葉加久, 姚建曦, 張兵, 陳海彬, 任英科
【申請人】華北電力大學(xué)