一种新型铁电光伏材料及其应用制造技术

本发明专利技术公开了两种新型铁电光伏材料的制备方法和利用该材料制备的铁电光伏器件。该铁电光伏材料为ABC4‑4xD4x，0≤x≤1。其中A为有机阳离子，B为金属阳离子，C、D为无机阴离子。通过调节A、B、C和D的类型材料，可以获得铁电光伏材料。其中(C6H11NH2)2PbBr4及(C6H11NH2)2PbI4展现了优良的铁电光伏性质。展现了良好的铁电光伏性能。本发明专利技术还基于这种材料，公开了两种铁电薄膜光伏器件。一种为传统三明治模型，上下端为电极；另一种为横向三明治模型，左右两端为电极。上电极(或横向电极的任意一端电极)为氧化铟锡(ITO)等透明电极材料，下电极(或横向电极的任意一端电极)为Au，Ag，Al，Mg等低功函数的金属。

A New Ferroelectronic Photovoltaic Material and Its Application

【技术实现步骤摘要】
一种新型铁电光伏材料及其应用
本专利技术涉及一种铁电光伏材料，具体涉及一种新型铁电光伏材料及其应用，属于铁电光伏材料

技术介绍
铁电光伏材料是指的任何具有铁电效应和光伏效应的双重特性的材料。铁电效应指在没有施加外部电场的状态下具有自发电极化的的特性。实验发现，此类材料由于具有铁电性这一特性，克服了传统光伏材料中必须具有PN结这一特点，理论上可以实现铁电光伏无穷大。传统硅基光伏材料在生产过程中往往使用一层P型材料与一层N型材料相互堆叠的方式产生PN结实现光伏效应，光电转化率低。铁电光伏材料克服了这一点，由于自发极化的存在，铁电材料自身全部可认为是PN结，大大提高了光电转化效率。因此使用铁电光伏材料完全可以替代原有的硅基光伏材料，并且经济效益远远高于硅基光伏材料。ABC4-4xD4x类材料是新型的铁电光伏材料，具有多极轴和极化电压高等特性，且自身剩余极化大，在光电转化过程中单位面积产生光电大，光电转化率高，超越了传统的硅基光电材料。但是现有技术中普遍存在利用效率低，制备方法复杂等问题，这在一定程度上限制了光伏材料的应用。大多数铁电材料的带隙较宽，作为半导体材料使用时，对光吸收能力极弱，通常只能在紫外光照射下产生光生电子-空穴对，同时导电性很差，其光电流极低，难以满足应用的需求。因此，如何提高光电转化效率，并使铁电体作为光伏材料得到实际的应用，成为了新的技术问题。
技术实现思路
本专利技术正是针对现有技术中存在的问题，提供一种新型的铁电光伏材料及其制备方法和应用，并且提供了两种光伏结构，可以最大限度的提高铁电光伏材料的利用效率，制备方法简单，应用面广。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下，一种新型铁电光伏材料，其特征在于，所述铁电光伏材料具有通式为：ABC4-4xD4x.其中:A为含氮或含磷有机阳离子，B为金属阳离子，C和D为无机阴离子。作为本专利技术的一种改进，所述A为含氮或含磷有机阳离子，具体包括四甲基胺阳离子、四甲基膦阳离子、三甲基氯甲基胺阳离子、三甲基氟甲基胺阳离子、三甲基溴甲基胺阳离子、三甲基碘甲基胺阳离子、三甲基二氟甲基胺阳离子、三甲基三氟甲基胺阳离子、三甲基羟胺阳离子、三甲基乙基阳离子、三甲基丙基阳离子、三甲基氯乙基阳离子、三甲胺阳离子、三乙胺阳离子、四乙胺阳离子、三乙胺甲基阳离子、三乙胺氯甲基阳离子、三乙胺氟甲基阳离子、三乙胺溴甲基阳离子、三乙胺碘甲基阳离子、吡咯烷阳离子、吡咯啉阳离子、奎宁环阳离子、咪唑阳离子、吡啶阳离子、氨基吡咯烷阳离子、氨基奎宁环阳离子、哌嗪阳离子或三乙烯二胺阳离子中的一种或者几种。作为本专利技术的一种改进，B为金属阳离子，具体包括:Cd2+、Mn2+、Cu2+、Zn2+、Ni2+、Co2+、Fe2+、Cr2+、V2+、Hg2+、Cu+、Ag+、Au+、Al3+、In2+、Sn2+、Pb2+、Sb3+、Bi3+、Na+、K+、Rb+、Cs+、Mg2+、Ca2+、Sr2+或Ba2+中的一种或者几种。作为本专利技术的一种改进，C和D为无机阴离子，所述阴离子包括:Cl-、Br-、I-、SCN-、N3-、ClO4-、CN-或BF4-中的一种或者几种。一种合成所述新型铁电光伏材料的方法，其特征在于，所述制备方法利用溶液法进行合成，即，将A类有机胺盐或膦盐和BC1-xDx(0≤x≤1)金属盐，物质的量分别为为20mmol，10mmol，在100毫升的水、DMF、盐酸、氢溴酸或氢碘酸溶剂中混合得到澄清溶液，353K温度下加热，通过缓慢冷却，冷却速度为0.2K·h-1，得到晶体，得到目标样品。一种利用所述新型铁电光伏材料制备铁电光伏薄膜的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤；步骤1：以溶剂溶解铁电光伏材料配制前驱液；步骤2：将衬底清洗干净；步骤3：取所述的前驱液，每次取20微升溶液，利用滴涂法或旋涂法，使其均匀覆盖于上述衬底表面；步骤4：通过室温挥发或加热退火除去溶剂，得到薄膜；步骤5：利用化学方法或物理方法去除所述衬底，获得铁电光伏薄膜。步骤6：对所得的铁电光伏薄膜进行铁电极化。作为本专利技术的一种改进，步骤1中所述溶剂包括水、甲醇、DMF、乙醇、丙酮、石油醚、乙醚、三氯甲烷、三氯乙烯、甲酰胺、乙二醇、甲基乙酰胺、氨基乙醇、乙酸、丙醇、丁醇、DMSO、乙腈、苯胺、乙二胺、吗啉、吡啶、THF、奎宁、甲苯等有机溶剂；比例为：300mg/ml。步骤4所述衬底包括Si、SiO2、高分子薄膜、石英或导电玻璃；步骤6所述极化过程是在相变温度和略大于极化电压的条件下进行，并进行光电测试。一项新型铁电光伏材料的应用，其特征在于，所述铁电光伏材料应用在光伏器件，光伏电池的应用，所述光伏器件包括上电极，金属下电极或横向左右电极以及位于两电极之间的铁电光伏材料薄膜；所述上电极或横向电极的任意一端电极为氧化铟锡(ITO)等透明电极材料；所述金属下电极或横向电极的任意一端电极Au，Ag，Al，Mg等低功函数的金属。相对于现有技术，本专利技术具有如下优点，该技术方案设计的两种铁电光伏电池特征在于中间的新型铁电光伏材料，本专利技术还基于这种材料，公开了两种铁电薄膜光伏器件。一种为传统三明治模型，上下端为电极；另一种为横向三明治模型，左右两端为电极。上电极(或横向电极的任意一端电极)为氧化铟锡(ITO)等透明电极材料，下电极(或横向电极的任意一端电极)为Au，Ag，Al，Mg等低功函数的金属。旨在提高光伏电池的开路电压等特性，拓宽了铁电器件的应用范围。该器件的特点就在于中心的光电层使用了新型的铁电材料。如我们已经获得的材料(C6H11NH2)2PbBr4-4xI4x，具有良好的铁电性质与光电性质。通常来说，强键之间的接触会使HOMO与LUMO之间的能隙更大。Pb原子与Br原子键之间的接触较弱，而Pb与I原子之间更弱，因此该材料的能带相较于一般材料更低，从而降低了器件的启亮电压。能带由紫外-可见光光谱测得。见图3。随着分子中Br含量的降低，能带也逐渐减小。附图说明图1为ABC4-4xD4x铁电光电材料传统三明治型元件图图2为ABC4-4xD4x铁电光电材料横向三明治型元件图。图3a为x＝0的组成时的紫外-可见光光谱，插图为Tauc图；b为x＝0,0.175和1组成时的归一化的吸收光谱。图中：具体实施方式：为了加深对本专利技术的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。实施例1：一种铁电光伏材料，该铁电光电材料具有通式ABC4-4xD4x：其中A为四甲基胺阳离子、四甲基膦阳离子、三甲基氯甲基胺阳离子、三甲基氟甲基胺阳离子、三甲基溴甲基胺阳离子、三甲基碘甲基胺阳离子、三甲基二氟甲基胺阳离子、三甲基三氟甲基胺阳离子、三甲基羟胺阳离子、三甲基乙基阳离子、三甲基丙基阳离子、三甲基氯乙基阳离子、三甲胺阳离子、三乙胺阳离子、四乙胺阳离子、三乙胺甲基阳离子、三乙胺氯甲基阳离子、三乙胺氟甲基阳离子、三乙胺溴甲基阳离子、三乙胺碘甲基阳离子、吡咯烷阳离子、吡咯啉阳离子、奎宁环阳离子、咪唑阳离子、吡啶阳离子、氨基吡咯烷阳离子、氨基奎宁环阳离子、哌嗪阳离子或三乙烯二胺阳离子。B为金属阳离子，包括：：Cd2+、Mn2+、Cu2+、Zn2+、Ni2+、Co2+、Fe2+、Cr2+、V2+、Hg2+、Cu+、Ag+、Au+、Al3+、In2+、Sn2+、Pb2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型铁电光伏材料，其特征在于，所述铁电光伏材料具有通式为：ABC4‑4xD4x.其中:A为含氮或含磷有机阳离子，B为金属阳离子，C和D为无机阴离子。

【技术特征摘要】
1.一种新型铁电光伏材料，其特征在于，所述铁电光伏材料具有通式为：ABC4-4xD4x.其中:A为含氮或含磷有机阳离子，B为金属阳离子，C和D为无机阴离子。2.根据权利要求1所述的新型铁电光伏材料，其特征在于，所述A为含氮或含磷有机阳离子，具体包括四甲基胺阳离子、四甲基膦阳离子、三甲基氯甲基胺阳离子、三甲基氟甲基胺阳离子、三甲基溴甲基胺阳离子、三甲基碘甲基胺阳离子、三甲基二氟甲基胺阳离子、三甲基三氟甲基胺阳离子、三甲基羟胺阳离子、三甲基乙基阳离子、三甲基丙基阳离子、三甲基氯乙基阳离子、三甲胺阳离子、三乙胺阳离子、四乙胺阳离子、三乙胺甲基阳离子、三乙胺氯甲基阳离子、三乙胺氟甲基阳离子、三乙胺溴甲基阳离子、三乙胺碘甲基阳离子、吡咯烷阳离子、吡咯啉阳离子、奎宁环阳离子、咪唑阳离子、吡啶阳离子、氨基吡咯烷阳离子、氨基奎宁环阳离子、哌嗪阳离子或三乙烯二胺阳离子中的一种或几种。3.根据权利要求2所述的新型铁电光伏材料，其特征在于，B为金属阳离子，具体包括:Cd2+、Mn2+、Cu2+、Zn2+、Ni2+、Co2+、Fe2+、Cr2+、V2+、Hg2+、Cu+、Ag+、Au+、Al3+、In2+、Sn2+、Pb2+、Sb3+、Bi3+、Na+、K+、Rb+、Cs+、Mg2+、Ca2+、Sr2+或Ba2+中的一种或者几种。4.根据权利要求2所述的新型铁电光伏材料，其特征在于，C和D为无机阴离子，所述阴离子包括:Cl-、Br-、I-、SCN-、N3-、ClO4-、CN-或BF4-中的一种或者几种。5.根据权利要求4所述的新型铁电光伏材料，其特征在于，所述铁电光伏材料为(C6H11NH2)2PbBr4-4xI4x。6.合成权利要求1-4任意一项...

【专利技术属性】
技术研发人员：游雨蒙，苗书荣，景政印，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32