本发明专利技术涉及一种渗滤复合薄膜、制备方法及其光电应用。是由一种无机半导体和一种绝缘体纳米颗粒组成的互穿网络结构；其中，所述的半导体材料，是金属氧化物、金属硫化物、金属磷化物或金属氮化物；所述绝缘体材料，是碳酸盐。本发明专利技术利用溶液法制备低成本、无机半导体‑绝缘体组成的两相渗滤网络结构，并用作钙钛矿太阳能光电器件的空穴传输层材料。稳定的双相渗滤结构具有优异的导电性和匹配的能带，优化了空穴的提取和传输路径，从而有效的提升钙钛矿光电器件的能量转化效率及长期运作稳定性。
【技术实现步骤摘要】
一种渗滤复合薄膜、制备方法及其光电应用
本专利技术涉及一种渗滤复合薄膜、制备方法及其光电应用，其作为钙钛矿太阳能电池的空穴传输层材料，具有优异的导电性和空穴提取、传输能力，提升钙钛矿器件的光电转化效率及稳定性。此方法在新能源电池领域具有非常重要的应用前景。
技术介绍
2003年5月3日在美国休斯敦召开的理查德斯莫利能源和纳米技术会议上，提出了人类未来50年所要面临和解决的十大问题，其中能源问题位居首位。由于非可再生能源(煤炭、石油、天然气)储量有限，全球温室效应以及环境污染日益严重，随着现代工业的发展，可再生新型清洁能源，尤其是太阳能的开发利用势在必行。作为最易获得的可再生能源，与其他能源相比，太阳能具有取之不尽、用之不竭、安全环保等特点，是新能源领域最重要的一部分。光伏发电技术作为一种极其有前景的可再生能源利用手段，被视为传统化石能源的有力替代者。在众多新型光伏器件中，最具发展前景的无疑是钙钛矿太阳能电池，钙钛矿吸光材料具有储量丰富、直接带隙特性，高的光吸收能力以及优越的载流子传输性能等优势。在短短几年时间内，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率不断提高，其被美国国家可再生能源实验室认证的效率已高达25.5％，达到了商业化太阳能电池的标准。作为高效钙钛矿太阳能电池的关键组成部分，空穴传输层可以有效地吸收和传输钙钛矿光吸收层中产生的光生载流子，能通过抑制空穴层与钙钛矿界面处的载流子复合现象，从而促进电池开路电压、填充因子以及最终光电转换效率的提升。然而，目前主流的空穴传输层仍为有机材料(例如：Spiro-OMeTAD，PTAA，PEDOT：PSS)，其高昂的成本、复杂的制备工艺以及吸湿掺杂剂的引入，极大地限制了钙钛矿电池的商业化应用。低成本无机空穴传输层由于其优良的环境耐久性、良好的电子性能以及简单的溶液法制备，为实现高效、稳定、低成本的钙钛矿太阳能电池提供了可能，符合实际生产的需求。本专利技术利用溶液旋涂法制备出高导电性、高载流子提取和传输能力的无机渗滤网络结构薄膜，合成方法简单，原材料选择广泛，制备成本低廉，制成的钙钛矿太阳能电池具有优异的光电转换效率及稳定性。本专利技术方法使得钙钛矿电池进一步实现组件化、工业化有了更新的进展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种成本低廉渗滤复合薄膜、制备方法及其光电应用，此制备方法简单，可重复性高。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种渗滤复合材料，是由一种无机半导体和一种绝缘体纳米颗粒组成，具有互穿网络形式的体异质结结构材料；所述的半导体材料，包括一系列金属氧化物、金属硫化物、金属磷化物、金属氮化物等材料，例如：氧化钴、氧化镍、氧化铜、氧化锰、氧化钒、氧化铁、氧化铬、氧化镓、氧化锌、氧化锡、氧化钛等，硫化钴，硫化锌、硫化铜，硫化亚铁、硫化锰、硫化铟等，磷化锌、磷化铝、磷化铜等，氮化钴、氮化锰、氮化钨、氮化锆等；所述绝缘体材料，包括一系列碳酸盐类材料：碳酸锶、碳酸钡、碳酸钙、碳酸镁、碳酸铯、碳酸铷、碳酸钾等。进一步的，所述渗滤复合材料是Co3O4-SrCO3其晶体结构与正交结构SrCO3(JCPDSNo.05-0418)和立方结构的Co3O4(JCPDSNo.09-0418)相匹配；Co3O4-SrCO3渗滤复合材料相应的XRD图谱为图1所示。进一步的，渗滤复合薄膜是由SrCO3和Co3O4纳米颗粒组成的，晶面间距(d)约为0.354nm，为正交结构SrCO3的(111)晶面，d值为0.233nm，与立方结构Co3O4(222)晶面相一致。本专利技术的另一个目的是提出一种渗滤复合薄膜的制备方法，包含以下步骤：将含有无机半导体和绝缘体材料的混合前驱体溶液涂布在基底材料并进行退火制得；或液相法制备出无机半导体和绝缘体纳米颗粒，然后将二者分散在溶剂中，随后涂布在基底材料上制得。所述的含有无机半导体以及绝缘体材料的前驱体溶液，为各种金属化合物粉末作为金属源，柠檬酸、柠檬酸钠或乙二胺四乙酸等作为添加剂，2-甲氧基乙醇、N，N-二甲基甲酰胺、乙醇、异丙醇、去离子水或二甲基亚砜等作为溶剂形成的前驱体溶液；所述前驱体溶液中金属离子的总浓度为0.01-1.00M，优选0.2-0.5M；所述添加剂的用量为溶液中金属离子总量的0.1-10倍。所述基底材料是FTO或ITO导电玻璃；将渗滤复合材料的前驱体溶液涂布在刻蚀、清洗过的FTO导电玻璃上，形成致密的薄膜，然后将涂布好的薄膜400～550℃马弗炉煅烧0.5～2h制备。本专利技术还提出了一种渗滤复合薄膜的应用，是将薄膜作为钙钛矿太阳能电池工序装配为器件。所述器件的制备方法是：将煅烧好的渗滤薄膜作为钙钛矿太阳能电池的空穴传输层，然后在渗滤薄膜上旋涂钙钛矿吸收层、电子传输层、空穴阻隔层以及蒸镀金属电极，得到完整的标准钙钛矿太阳能电池器件。所述的钙钛矿前驱体溶液为最终合成钙钛矿太阳能电池中对应钙钛矿吸收层的组分前驱体。例如：CH3NH3PbI3钙钛矿光电器件，其对应的是PbI2和CH3NH3I前驱体溶液；1.3M的PbI2前驱体溶液由1.1986g碘化铅粉末溶解在2mLN，N-二甲基甲酰胺和185μL的二甲基亚砜混合溶剂中，室温搅拌12～20小时，滤头过滤后备用；40mg/mL的CH3NH3I由80mg甲胺碘粉末溶解在2mL的异丙醇溶液中，室温搅拌12～20小时，无过滤；然后通过两步旋涂法依次将PbI2和CH3NH3I前驱体溶液，旋涂在渗滤薄膜空穴层基底上退火成膜，后续采用标准钙钛矿太阳能电池工序装配为器件；CsPbI2Br光电器件，对应的是CsPbI2Br前驱体溶液；制备方法是将312mg碘化铯，276.61mg碘化铅和220.20mg溴化铅溶解在1mL的二甲基亚砜溶剂中，50℃温度下搅拌12～20小时，滤头过滤后备用，最终形成CsPbI2Br无机钙钛矿前驱体溶液；然后通过溶液旋涂法将CsPbI2Br无机钙钛矿前驱体溶液，旋涂在渗滤薄膜空穴层基底上退火成膜，后续采用标准钙钛矿太阳能电池工序装配为器件；CH(NH2)2PbI3光电器件，对应的是PbI2和CH(NH2)2I前驱体溶液；制备方法是PbI2前驱体溶液由622.35mg碘化铅粉末溶解在900μLN，N-二甲基甲酰胺和100μL的二甲基亚砜混合溶剂中，60℃温度下搅拌12～20小时，无需过滤；CH(NH2)2I前驱体溶液由94.58mg甲脒碘粉末和7.42mg甲胺氯粉末溶解在1mL的异丙醇溶液中，室温搅拌12～20小时，无过滤；然后通过两步旋涂法依次将PbI2和CH(NH2)2I前驱体溶液，旋涂在渗滤薄膜空穴层基底上退火成膜，后续采用标准钙钛矿太阳能电池工序装配为器件。上述应用方法如下：采用标准工艺装配钙钛矿太阳能电池后，在模拟AM1.5G太阳光照射下，测试光电转化效率。上述无机渗滤结构空穴传输层材料具有优异的光电特性，相应的钙钛矿电池拥有高的光电转换效率及稳定性。本专利技术的有益效果在于：(1)采用简单的溶液旋涂法成膜，退火后得到的无机渗滤复合薄膜具有优异本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种渗滤复合材料，其特征在于，是由一种无机半导体和一种绝缘体纳米颗粒组成的互穿网络结构；其中，所述的半导体材料，是金属氧化物、金属硫化物、金属磷化物或金属氮化物；所述绝缘体材料，是碳酸盐。/n
【技术特征摘要】
1.一种渗滤复合材料，其特征在于，是由一种无机半导体和一种绝缘体纳米颗粒组成的互穿网络结构；其中，所述的半导体材料，是金属氧化物、金属硫化物、金属磷化物或金属氮化物；所述绝缘体材料，是碳酸盐。
2.根据权利要求1所述的一种渗滤复合材料，其特征在于，所述金属氧化物、金属硫化物、金属磷化物或金属氮化物是氧化钴、氧化镍、氧化铜、氧化锰、氧化钒、氧化铁、氧化铬、氧化镓、氧化锌、氧化锡、氧化钛，硫化钴，硫化锌、硫化铜，硫化亚铁、硫化锰、硫化铟，磷化锌、磷化铝、磷化铜、氮化钴、氮化锰、氮化钨或氮化锆；
所述碳酸盐是碳酸锶、碳酸钡、碳酸钙、碳酸镁、碳酸铯、碳酸铷或碳酸钾。
3.根据权利要求2所述的一种渗滤复合材料，其特征在于，所述渗滤复合材料是Co3O4-SrCO3其晶体结构与正交结构SrCO3(JCPDSNo.05-0418)和立方结构的Co3O4(JCPDSNo.09-0418)相匹配；晶面间距(d)约为0.354nm，为正交结构SrCO3的(111)晶面，d值为0.233nm，与立方结构Co3O4(222)晶面相一致。
4.一种渗滤复合薄膜的制备方法，其特征在于，是将含有权利要求1或2或3所述的无机半导体以及绝缘体材料的混合前驱体溶液涂布在基底材料并进行退火制得；或液相法制备出无机半导体和绝缘体纳米颗粒，然后将二者分散在溶剂中涂布在基底材料上制得。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述的含有无机半导体以及绝缘体材料的前驱体溶液，为各种金属化合物粉末作为金属源，柠檬酸、柠檬酸钠或乙二胺四乙酸作为添加剂，2-甲氧基乙醇、N，N-二甲基甲酰胺、乙醇、异丙醇、去离子水或二甲基亚砜作为溶剂形成的前驱体溶液；所述前驱体溶液中金属离子的总浓度为0.1-0.8M，优选0.2-0.5M；所述添加剂的用量为溶液中金属离子总量的1-3倍。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基底材料是FTO或ITO导电玻璃。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将渗滤复合材料的前驱体溶液涂布在刻蚀、清洗过的FTO导电玻璃上，形成致密的薄膜，然后将涂布好的薄膜400～550℃马弗炉煅烧0.5～2h制备。
8.一种渗滤复合薄膜的应用...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨化桂，葛兵，杨双，侯宇，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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