一种质子化氮化碳的制备方法及在碳基钙钛矿太阳能电池中的应用技术

本发明专利技术公开了一种质子化氮化碳的制备方法及在碳基钙钛矿太阳能电池中的应用，将三聚氰胺，研磨，以一定的升温速率升至500～550℃反应2～3h，再升至550～600℃反应6～7h，冷却，得到氮化碳；用盐酸溶液溶解氮化碳，超声30～60min，搅拌3～4h，依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤，离心至pH为6.8

【技术实现步骤摘要】
一种质子化氮化碳的制备方法及在碳基钙钛矿太阳能电池中的应用


[0001]本专利技术涉及太阳能电池
，尤其涉及一种质子化氮化碳的制备方法及在碳基钙钛矿太阳能电池中的应用。

技术介绍

[0002]随着经济的飞速发展，能源的需求也日趋增加。化石能源的过度使用不仅会造成能源枯竭，还会严重污染人类的生存环境，因此开发利用清洁能源就显得尤为重要。太阳能因具有清洁无污染，资源丰富等优点得到了广泛关注。太阳能的利用方式主要包括光热转换、光化学转换、光电转换和光生物转换四种途径。光电转化的主要应用形式为太阳能电池，其中钙钛矿太阳能电池具有成本低廉，制备工艺简单，光电转换效率高等优点。传统的钙钛矿太阳能电池是以贵金属作为对电极，这就使太阳能电池的成本居高不下。目前有使用碳材料代替贵金属作为太阳能电池的对电极，但是碳基钙钛矿太阳能电池的效率较低，为了进一步提高碳基钙钛矿太阳能电池的光电转换效率，需要对碳基钙钛矿太阳能电池进行进一步的研究探索。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种质子化氮化碳的制备方法及在碳基钙钛矿太阳能电池中的应用，以解决碳基钙钛矿太阳能电池的光电转换效率低的问题。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0005]一种质子化氮化碳的制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1：将三聚氰胺，研磨，以一定的升温速率升至500～550℃反应2～3h，再以一定的升温速率升至550～600℃反应6～7h，冷却，得到氮化碳；
[0007]S2：将步骤S1中所述的氮化碳用盐酸溶液溶解，超声30～60min，搅拌3～4h，依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤，离心至pH为6.8
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7.2，然后在60～70℃下干燥24～36h；
[0008]S3：将步骤S2中所述干燥的产物用浓硝酸溶解，搅拌反应1～2h，超声4～6h，依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤，离心至pH为6.8
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7.2，干燥，研磨，得到质子化氮化碳。
[0009]进一步地，所述步骤S1中的一定的升温速率均为2～4℃/min。
[0010]进一步地，所述步骤S2中，所述的氮化碳与盐酸溶液的质量比为0.05
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0.1；所述的盐酸溶液的浓度为3～4mol/L。
[0011]进一步地，所述步骤S3中，所述的浓硝酸的浓度为86％～97％，所述干燥的温度为60～70℃。
[0012]一种质子化氮化碳的制备方法制备的质子化氮化碳在碳基钙钛矿太阳能电池中的应用。
[0013]本专利技术的一种质子化氮化碳的制备方法及在碳基钙钛矿太阳能电池中的应用，通过在碳基钙钛矿太阳能电池中掺杂质子化氮化碳，解决了碳基钙钛矿太阳能电池效率低的
问题。其中，质子化的过程使大片层的氮化碳变为小颗粒的质子化氮化碳，同时在氮化碳表面引入活性基团
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NH2/NH3；小颗粒的质子化氮化碳位于钙钛矿晶界处，其表面的活性基团
‑
NH2/NH3和钙钛矿表面的N
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H键发生强化学作用(氢键)，钝化电子陷阱，增强钙钛矿结晶，提高太阳能电池的光电转换效率；与未掺杂质子化氮化碳的钙钛矿太阳能电池效率(4.48％)相比，当添加1.8wt％的质子化氮化碳时钙钛矿太阳能电池的效率提升最为明显，最高可达到6.61％，效率提升了47.5％。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0015]图1为本专利技术质子化氮化碳的SEM图；
[0016]图2为添加1.8wt％质子化氮化碳钙钛矿薄膜的SEM图；
[0017]图3为钙钛矿和添加质子化氮化碳钙钛矿XRD图；
[0018]图4为添加质子化氮化碳的钙钛矿太阳能效率曲线图；
[0019]图5为添加质子化氮化碳的钙钛矿太阳能电池的结构图。
[0020]图中，MAPbI3为钙钛矿，p
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g
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C3N4为质子化氮化碳，A为修饰导电玻璃，B为TiO2致密层的制备，C为TiO2多孔层的制备，D为钙钛矿层的制备，E为碳对电极的制备，F为太阳能电池。
具体实施方式
[0021]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0022]质子化氮化碳(p
‑
g
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C3N4)的制备方法：取一定量的三聚氰胺充分研磨后置于瓷制的坩埚中，并将坩埚置于马弗炉中，以2℃/min的升温速率升温至500℃反应2h，然后以同样的升温速率将温度升至550℃反应6h。加热结束后待马弗炉冷却至室温后，得到淡黄色固体氮化碳(g
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C3N4)，研磨至粉末，收集备用。称取0.5g的g
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C3N4粉末用50mL，3mol/L的盐酸溶液溶解，超声分散30min，得到均匀分散的g
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C3N4悬浮液，将此悬浮液磁力搅拌3h后，依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤，离心数次至溶液呈中性，在真空干燥箱中在60℃下干燥24h后，将产物用97％的浓硝酸溶解搅拌反应1h，然后超声处理4h，处理结束后，将反应物依次用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤至中性，在60℃下真空干燥，制备得到固体p
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g
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C3N4，研磨至粉末。p
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g
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C3N4的SEM图如图1所示，从图中可以看出，p
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g
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C3N4的形貌表现为片状结构，由相互连通的薄片堆叠组成，片层的厚度和颗粒大小较小，小颗粒的p
‑
g
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C3N4能够更好地修饰钙钛矿薄膜，钝化电子陷阱，促进钙钛矿结晶。
[0023]实施例1：钙钛矿太阳能电池结构的构建如图5所示，FTO导电玻璃/TiO2致密层/TiO2多孔层/钙钛矿层/碳纳米管对电极
[0024]具体的工艺流程步骤如下：
[0025]一、修饰导电玻璃A：首先将导电玻璃(FTO)切割成尺寸大小为20*20mm的导电玻璃块，用耐腐蚀的聚酰亚胺(P
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I)胶带粘贴不需要刻蚀的区域。将锌粉涂抹于需要刻蚀的FTO表面，滴加浓度为4mol/L的盐酸溶液，待充分反应后，用棉签进行擦拭，重复以上过程1
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2次后，用海绵加洗洁精清洗，之后依次用丙酮，异丙醇，蒸馏水和无水乙醇超声清洗10min，吹干，在鼓风干燥箱中以120℃的条件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种质子化氮化碳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将三聚氰胺，研磨，以一定的升温速率升至500～550℃反应2～3h，再以一定的升温速率升至550～600℃反应6～7h，冷却，得到氮化碳；S2：将步骤S1中所述的氮化碳用盐酸溶液溶解，超声30～60min，搅拌3～4h，依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤，离心至pH为6.8
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7.2，然后在60～70℃下干燥24～36h；S3：将步骤S2中所述干燥的产物用浓硝酸溶解，搅拌反应1～2h，超声4～6h，依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤，离心至pH为6.8
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7.2，干燥，研磨，得到质子化氮...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭明星，刘佳琦，尹淑慧，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：