本发明专利技术公开了一种Zn2Ti3O8纳米线材料及其在钙钛矿太阳能电池中的应用，其是以锐钛矿型TiO2为原料，采用简单的一步水热法合成钛酸盐前驱体，然后经简单的离子交换反应后再经热处理合成所述Zn2Ti3O8纳米线。以所得Zn2Ti3O8纳米线作为支架层电子传输材料制备的钙钛矿太阳能电池在100mW/cm2的光强、AM1.5条件下，能得到0.91V的开路电压，且其光电转换效率可达1.37%，说明其具有较好的电池性能。
Zinc titanate nanowire material and its application in perovskite solar cell
The invention discloses a Zn2Ti3O8 nanowire material and its application in perovskite solar cells, it is with anatase TiO2 as raw material by one-step hydrothermal synthesis of titanate precursor simple, then by simple ion exchange reaction by heat treatment after the synthesis of Zn2Ti3O8 nanowires. The Zn2Ti3O8 nanowires as support layer electron transport material perovskite solar cell prepared in 100mW/cm2 light intensity, AM1.5 conditions, can get the open circuit voltage is 0.91V, and the photoelectric conversion efficiency up to 1.37%, indicating that it has a better battery performance.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电材料
，具体涉及一种Zn2Ti3O8纳米线材料及其在钙钛矿太阳能电池中的应用。
技术介绍
钙钛矿太阳能电池（PSCs）具备有机物成本低、可溶液制备、易成膜等特点，且其具有无机物的高吸光系数、高载流子迁移率等优点，使其电池性能超越染料敏化太阳能电池（DSSCs）以及体异质结太阳能电池（BSCs），并极有可能接近并超越硅基太阳能电池性能，因而有望在未来的太阳能电池市场中占据一席之地。目前，以各种不同纳米结构的氧化物，如TiO2、ZnO、SnO2、ZrO2等，作为钙钛矿太阳能电池的支架层电子传输材料已被广泛研究报道，而对于将三元氧化物作为钙钛矿太阳能电池的支架层电子传输材料的报道相对较少。三元氧化物由于其组成成分具有更大的变化空间，使其拥有更丰富的物理和化学性能。其中，三元氧化物钛酸锌由于其独特的物理、电学和光学特性使其在催化、吸附等方面具有潜在的应用前景，但立方相Zn2Ti3O8是一种亚稳定相，当温度高于800℃时，它将分解为ZnTiO3和金红石TiO2，因此纯相Zn2Ti3O8较难合成。本专利技术采用钛酸盐纳米线为前驱体，经过简单的离子交换反应后再经热处理，合成Zn2Ti3O8纳米线并将其首次应用于钙钛矿太阳能电池中，而至今还未有以Zn2Ti3O8纳米线材料作为钙钛矿太阳能电池的支架层电子传输材料的相关报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型Zn2Ti3O8纳米线材料，及其作为支架层电子传输材料在钙钛矿太阳能电池中的应用。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种Zn2Ti3O8纳米线材料，其制备方法包括以下步骤：1）将0.5-1g锐钛矿TiO2粉分散于80mL、10-15mol/L的NaOH溶液中，搅拌30-60min后转入100mL聚四氟乙烯内衬的高压釜中，120℃反应24-48h，所得沉淀物经0.1mol/L稀盐酸洗涤至pH为1-2后，离心分离，所得产物于70℃空气中干燥12h，得钛酸盐纳米线前驱体；2）在50mL、0.1-0.2mol/L的ZnCl2•6H2O溶液中缓慢滴加35wt%-38wt%的氨水至溶液澄清透明，再将100-200mg钛酸盐纳米线前驱体分散于溶液中，70℃水浴加热搅拌24h，自然冷却后所得白色沉淀物经去离子水洗涤后离心分离，所得产物干燥后于400-600℃空气中煅烧2h，得到所得Zn2Ti3O8纳米线材料。所得Zn2Ti3O8纳米线材料可作为支架层电子传输材料，用于钙钛矿太阳能电池的制备。三元氧化物钛酸锌是一种很好的半导体材料。本专利技术采用简单的一步水热法合成钛酸盐纳米线前驱体H2Ti3O7，然后经简单的离子交换反应后再经热处理合成Zn2Ti3O8纳米线。本专利技术制备方法简单，所得产品纯度高，且以Zn2Ti3O8纳米线作为钙钛矿太阳能电池的支架层电子传输材料具有相对较高的太阳能电池开路电压等特点，可扩展钙钛矿太阳能电池中支架层电子传输材料的选择范围。本专利技术首次提出了以Zn2Ti3O8纳米线作为钙钛矿太阳能电池的支架层电子传输材料，且其制备方法简单，成本低，具有较好经济效益。附图说明图1为本专利技术所制备的钛酸盐纳米线前驱体（a）及钛酸锌纳米线（b）的SEM图。图2为本专利技术所制备的钛酸锌纳米线的XRD图。图3为以Zn2Ti3O8纳米线为支架层电子传输材料制备的钙钛矿（CH3NH3PbI3）材料的XRD图（a）和SEM图（b）。图4为以不同煅烧温度下所得的Zn2Ti3O8纳米线为支架层电子传输材料组装的钙钛矿太阳能电池的电流密度电压曲线图。图5为以不同煅烧温度下所得的Zn2Ti3O8纳米线为支架层电子传输材料组装的钙钛矿太阳能电池的IPCE图。具体实施方式为了使本专利技术所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本专利技术所述的技术方案做进一步的说明，但是本专利技术不仅限于此。实施例1一种Zn2Ti3O8纳米线材料，其制备方法包括以下步骤：1）将1g商业化锐钛矿TiO2粉P25分散于80mL、10mol/L的NaOH溶液中，搅拌30min后转入100mL聚四氟乙烯内衬的高压釜中，120℃反应24h，所得沉淀物经0.1mol/L稀盐酸洗涤至pH为1-2后，离心分离，所得产物于70℃空气中干燥12h，得钛酸盐纳米线前驱体；2）在50mL、0.1mol/L的ZnCl2•6H2O溶液中缓慢滴加35wt%氨水至溶液澄清透明，再将100mg钛酸盐纳米线前驱体分散于溶液中，70℃水浴加热搅拌24h，自然冷却后所得白色沉淀物经去离子水洗涤后离心分离，所得产物干燥后于500℃空气中煅烧2h，得到所得Zn2Ti3O8纳米线材料。图1为本实施例所制备的钛酸盐纳米线前驱体（a）及钛酸锌纳米线（b）的SEM图。图2为本实施例所制备的钛酸锌纳米线的XRD图。以所得Zn2Ti3O8纳米线作为钙钛矿太阳能电池的支架层电子传输材料，有机-无机杂化CH3NH3PbI3为吸光材料，Spiro-OMeTAD作为空穴传输材料，Au为对电极组装钙钛矿太阳能电池，其XRD图（a）和SEM图（b）见图3。实施例2一种Zn2Ti3O8纳米线材料，其制备方法包括以下步骤：1）将1g商业化锐钛矿TiO2粉P25分散于80mL、10mol/L的NaOH溶液中，搅拌30min后转入100mL聚四氟乙烯内衬的高压釜中，120℃反应24h，所得沉淀物经0.1mol/L稀盐酸洗涤至pH为1-2后，离心分离，所得产物于70℃空气中干燥12h，得钛酸盐纳米线前驱体；2）在50mL、0.1mol/L的ZnCl2•6H2O溶液中缓慢滴加35wt%氨水至溶液澄清透明，再将100mg钛酸盐纳米线前驱体分散于溶液中，70℃水浴加热搅拌24h，自然冷却后所得白色沉淀物经去离子水洗涤后离心分离，所得产物干燥后于400℃空气中煅烧2h，得到所得Zn2Ti3O8纳米线材料。实施例3一种Zn2Ti3O8纳米线材料，其制备方法包括以下步骤：1）将1g商业化锐钛矿TiO2粉P25分散于80mL、10mol/L的NaOH溶液中，搅拌30min后转入100mL聚四氟乙烯内衬的高压釜中，120℃反应24h，所得沉淀物经0.1mol/L稀盐酸洗涤至pH为1-2后，离心分离，所得产物于70℃空气中干燥12h，得钛酸盐纳米线前驱体；2）在50mL、0.1mol/L的ZnCl2•6H2O溶液中缓慢滴加35wt%氨水至溶液澄清透明，再将100mg钛酸盐纳米线前驱体分散于溶液中，70℃水浴加热搅拌24h，自然冷却后所得白色沉淀物经去离子水洗涤后离心分离，所得产物干燥后于600℃空气中煅烧2h，得到所得Zn2Ti3O8纳米线材料。分别以实施例1-3所得Zn2Ti3O8纳米线作为钙钛矿太阳能电池的支架层电子传输材料，有机-无机杂化CH3NH3PbI3为吸光材料，Spiro-OMeTAD作为空穴传输材料，Au为对电极组装钙钛矿太阳能电池，测定基于不同煅烧温度所得Zn2Ti3O8纳米线的钙钛矿太阳能电池的光电性能。图4为以不同煅烧温度下所得的Zn2Ti3O8纳米线为支架层电子传输材料组装的钙钛矿太阳能电池的电流密度电压曲线图。图5为以不同煅烧温度下所得的Zn2Ti3O8纳米线为支架层电子传输材料组装的钙钛矿太阳能电池的IPCE图。表1为以不同煅烧温本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种Zn2Ti3O8纳米线材料，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：1）将0.5‑1 g锐钛矿TiO2粉分散于10‑15 mol/L NaOH溶液中，搅拌30‑60 min后置于高压釜中，120℃反应24‑48h，所得沉淀物经稀盐酸洗涤至pH为1‑2后，离心分离，所得产物于70℃空气中干燥12h，得钛酸盐纳米线前驱体；2）在0.1‑0.2 mol/L ZnCl2•6H2O溶液中缓慢滴加35wt%‑38wt%的氨水至溶液澄清透明，再将100‑200 mg钛酸盐纳米线前驱体分散于溶液中，70℃水浴加热搅拌24 h，自然冷却后所得白色沉淀物经去离子水洗涤后离心分离，所得产物干燥后于400‑600 ℃空气中煅烧2 h，得到Zn2Ti3O8纳米线材料。
【技术特征摘要】
1.一种Zn2Ti3O8纳米线材料，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：1）将0.5-1g锐钛矿TiO2粉分散于10-15mol/LNaOH溶液中，搅拌30-60min后置于高压釜中，120℃反应24-48h，所得沉淀物经稀盐酸洗涤至pH为1-2后，离心分离，所得产物于70℃空气中干燥12h，得钛酸盐纳米线前驱体；2）在0.1-0.2mol/LZnCl2•6H2O溶液中缓慢滴加35wt%-38w...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏明灯，沈德立，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35
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