本發(fā)明涉及鈣鈦礦材料，尤其涉及一種低維層狀寬帶隙鈣鈦礦材料、寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、無機-有機鈣鈦礦材料因其出色的能量轉(zhuǎn)換效率和可調(diào)帶隙而備受關(guān)注，寬帶隙電池吸收短波長光，窄帶隙電池吸收長波長光。其中，帶隙>1.65ev的混合鹵化物鈣鈦礦電池通常被定義為寬帶隙鈣鈦礦電池。

2、為了滿足不同帶隙范圍的要求，引入溴化物與碘化物混合是寬帶隙鈣鈦礦薄膜的常用策略。較大的溴碘比自然會導(dǎo)致相分離，而相分離已被認(rèn)為是光致不穩(wěn)定性的主要原因。另一方面，與普通帶隙鈣鈦礦太陽能電池相比，寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池的開路電壓損失更為嚴(yán)重。為提高相關(guān)性能，實現(xiàn)這一目標(biāo)的一種方法是形成二維/三維鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)。

3、該策略大致可分為兩類，一類是在表面鈍化劑中添加長鏈分子，以在界面處構(gòu)建二維/三維異質(zhì)結(jié)構(gòu)。另一類是以少量長鏈分子作為體相添加劑，以在體相晶界處形成少量二維/三維異質(zhì)結(jié)構(gòu)。長鏈分子能阻礙離子遷移并抑制電荷復(fù)合，提高電池的穩(wěn)定性，但亦會阻礙載流子的傳輸，進(jìn)而降低電池的性能，因此，現(xiàn)有的方案難以同步實現(xiàn)寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池效率和穩(wěn)定性的目標(biāo)。

4、因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、基于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種低維層狀寬帶隙鈣鈦礦材料、寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法，旨在解決現(xiàn)有寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池?zé)o法同時具有良好的效率和穩(wěn)定性的問題。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明的第一方面，提供一種低維層狀寬帶隙鈣鈦礦材料，其中，所述低維層狀寬帶隙鈣鈦礦材料的化學(xué)式為a2bn-1pbnx3n+1，其中a為4-氟-苯乙基銨離子、苯乙基銨離子、丁銨離子、辛基銨離子中的至少一種，b為甲胺離子、甲脒離子、銫離子中的至少一種，x為至少一種鹵素離子，n的取值大于1小于10。

4、可選地，所述低維層狀寬帶隙鈣鈦礦材料為粉末形態(tài)或薄膜形態(tài)。

5、可選地，所述低維層狀寬帶隙鈣鈦礦材料的化學(xué)式為(4f-pea)2(fa0.73cs0.27)5.5pb6.5(i0.78br0.22)20.5，4f-pea為4-氟-苯乙基銨離子，fa為甲脒離子。

6、本發(fā)明的第二方面，提供一種本發(fā)明如上所述的低維層狀寬帶隙鈣鈦礦材料的制備方法，其中，包括如下步驟：

7、按a2bn-1pbnx3n+1中各元素的化學(xué)計量比，將ai、bx和pbx加入到有機溶劑中進(jìn)行混合或?qū)br、bx和pbx加入到有機溶劑中進(jìn)行混合，得到前驅(qū)體溶液；其中，ai為4-氟-苯乙基碘化銨、苯乙基碘化銨、碘化丁銨、辛基碘化銨中的至少一種；abr為4-氟-苯乙基溴化銨、苯乙基溴化銨中的至少一種；bx為鹵化甲胺、鹵化甲脒、鹵化銫中的至少一種，pbx為至少一種鹵素化鉛；

8、將所述前驅(qū)體溶液進(jìn)行反應(yīng)后，得到粉末形態(tài)低維層狀寬帶隙鈣鈦礦材料；或，將所述鈣鈦礦前驅(qū)體溶液進(jìn)行涂覆，退火后，得到薄膜形態(tài)低維層狀寬帶隙鈣鈦礦材料。

9、可選地，所述退火的溫度為105～120℃，所述退火的時間為20～40min。

10、可選地，所述涂覆的方式包括旋涂、刮涂和狹縫涂布中的一種；

11、所述有機溶劑包括n，n-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜中的至少一種。

12、本發(fā)明的第三方面，提供一種寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池，其中，所述寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池包括依次層疊設(shè)置的第一電極、鈣鈦礦吸光層以及第二電極，所述鈣鈦礦吸光層包括本發(fā)明如上所述的低維層狀寬帶隙鈣鈦礦材料和/或采用本發(fā)明如上所述的制備方法制備得到的低維層狀寬帶隙鈣鈦礦材料。

13、可選地，所述寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池還包括設(shè)置在所述第一電極與所述鈣鈦礦吸光層之間的空穴傳輸層，以及設(shè)置在所述鈣鈦礦吸光層與所述第二電極之間的電子傳輸層和空穴阻擋層；所述電子傳輸層靠近所述鈣鈦礦吸光層設(shè)置，所述空穴阻擋層靠近所述第二電極設(shè)置。

14、本發(fā)明的第四方面，提供一種寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其中，所述寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池的制備方法包括如下步驟：

15、提供第一電極；

16、在所述第一電極上形成鈣鈦礦吸光層，所述鈣鈦礦吸光層包括本發(fā)明如上所述的低維層狀寬帶隙鈣鈦礦材料和/或采用本發(fā)明如上所述的制備方法制備得到的低維層狀寬帶隙鈣鈦礦材料；

17、在所述鈣鈦礦吸光層上形成第二電極，得到所述寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池。

18、可選地，所述寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池的制備方法還包括如下步驟：

19、在所述第一電極與所述鈣鈦礦吸光層之間形成空穴傳輸層；

20、在所述鈣鈦礦吸光層與所述第二電極之間形成電子傳輸層和空穴阻擋層，所述電子傳輸層靠近所述鈣鈦礦吸光層設(shè)置，所述空穴阻擋層靠近所述第二電極設(shè)置。

21、有益效果：本發(fā)明提供的低維層狀寬帶隙鈣鈦礦材料具有優(yōu)異的環(huán)境穩(wěn)定性，帶隙可達(dá)1.70ev，基于所述低維層狀寬帶隙鈣鈦礦材料的鈣鈦礦太陽能電池的開路電壓可達(dá)1.27v，在0.1cm2有效面積下可獲得20.18％的光電轉(zhuǎn)化效率，且具有較好的穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種低維層狀寬帶隙鈣鈦礦材料，其特征在于，所述低維層狀寬帶隙鈣鈦礦材料的化學(xué)式為a2bn-1pbnx3n+1，其中a為4-氟-苯乙基銨離子、苯乙基銨離子、丁銨離子、辛基銨離子中的至少一種，b為甲胺離子、甲脒離子、銫離子中的至少一種，x為至少一種鹵素離子，n的取值大于1小于10。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低維層狀寬帶隙鈣鈦礦材料，其特征在于，所述低維層狀寬帶隙鈣鈦礦材料為粉末形態(tài)或薄膜形態(tài)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低維層狀寬帶隙鈣鈦礦材料，其特征在于，所述低維層狀寬帶隙鈣鈦礦材料的化學(xué)式為(4f-pea)2(fa0.73cs0.27)5.5pb6.5(i0.78br0.22)20.5，4f-pea為4-氟-苯乙基銨離子，fa為甲脒離子。

4.一種權(quán)利要求1所述的低維層狀寬帶隙鈣鈦礦材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述退火的溫度為105～120℃，所述退火的時間為20～40min。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述涂覆的方式包括旋涂、刮涂和狹縫涂布中的一種；

7.一種寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，所述寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池包括依次層疊設(shè)置的第一電極、鈣鈦礦吸光層以及第二電極，所述鈣鈦礦吸光層包括權(quán)利要求1-3任一項所述的低維層狀寬帶隙鈣鈦礦材料和/或采用權(quán)利要求4-6任一項所述的制備方法制備得到的低維層狀寬帶隙鈣鈦礦材料。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，所述寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池還包括設(shè)置在所述第一電極與所述鈣鈦礦吸光層之間的空穴傳輸層，以及設(shè)置在所述鈣鈦礦吸光層與所述第二電極之間的電子傳輸層和空穴阻擋層；所述電子傳輸層靠近所述鈣鈦礦吸光層設(shè)置，所述空穴阻擋層靠近所述第二電極設(shè)置。

9.一種寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池的制備方法包括如下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于，所述寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池的制備方法還包括如下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種低維層狀寬帶隙鈣鈦礦材料、寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法，所述低維層狀寬帶隙鈣鈦礦材料的化學(xué)式為A<subgt;2</subgt;B<subgt;n?</subgt;<subgt;1</subgt;Pb<subgt;n</subgt;X<subgt;3n+1</subgt;，其中A為4?氟?苯乙基銨離子、苯乙基銨離子、丁銨離子、辛基銨離子中的至少一種，B為甲胺離子、甲脒離子、銫離子中的至少一種，X為至少一種鹵素離子，n的取值大于1小于10。本發(fā)明提供的低維層狀寬帶隙鈣鈦礦材料具有優(yōu)異的環(huán)境穩(wěn)定性，帶隙可達(dá)1.70eV，基于所述低維層狀寬帶隙鈣鈦礦材料的鈣鈦礦太陽能電池的開路電壓可達(dá)1.27V，在0.1cm<supgt;2</supgt;有效面積下可獲得20.18％的光電轉(zhuǎn)化效率，且具有較好的穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：丘龍斌,黃暖珊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南方科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19