二维钙钛矿材料及其制备方法和太阳能电池技术

本发明专利技术涉及一种二维钙钛矿材料及其制备方法，所述二维钙钛矿材料的分子式为RA

【技术实现步骤摘要】
二维钙钛矿材料及其制备方法和太阳能电池


[0001]本专利技术涉及太阳能电池
，特别是涉及一种二维钙钛矿材料及其制备方法、太阳能电池。

技术介绍

[0002]有机
‑
无机杂化的金属卤化物钙钛矿材料凭借其优异的光电性能、低原材料成本、以及简单的制备工艺而备受关注，但是现阶段三维钙钛矿电池的稳定性较差。与之相比，二维钙钛矿则具有较好的稳定性和可大规模制造性。然而由于二维钙钛矿材料的量子阱特性导致了其具有较大的激子束缚能，且二维钙钛矿材料的载流子迁移率低，使得二维钙钛矿器件的光电转化效率低于传统三维钙钛矿太阳能电池。为了提高二维钙钛矿太阳能电池的光伏效率，诸多团队利用热旋涂、缓慢退火工艺、添加剂(如NH4SCN、MACl)等处理方法来实现对钙钛矿晶体垂直于基底方向的诱导生长或量子阱的有利分布。然而，晶体取向的调控需要较精细的实验条件，难以运用到二维钙钛矿薄膜的工业化制备中。

技术实现思路

[0003]基于此，有必要针对上述问题，提供一种能够消除量子阱结构、激子束缚能低、载流子传输性能高的二维钙钛矿材料及其制备方法以及提供一种稳定且光电转化效率高的太阳能电池。
[0004]一种二维钙钛矿材料，所述二维钙钛矿材料的分子式为RA
n
‑1B
n
X
3n+1
，n＝1
‑
4；其中，A为有机阳离子，B为金属阳离子，X为卤素阴离子，R的结构式如下式(1)所示：
[0005][0006]其中，R1是碳原子数为2r/>‑
20的直链或支链的烷基。
[0007]在其中一个实施例中，A包括CH3NH
3+
、NH2CH＝NH
2+
、CH3CH2NH
3+
中的至少一种。
[0008]在其中一个实施例中，B包括Pb
2+
、Sn
2+
、Ge
2+
中的至少一种。
[0009]在其中一个实施例中，X包括Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
中的至少一种。
[0010]本专利技术的二维钙钛矿材料的分子式中，R为与无机层能级匹配的、具有光电活性的D
‑
A
‑
D(D:吡咯并吡咯二酮、A:噻吩)型有机基团，该基团可以从下述三个方面影响二维钙钛矿材料的性能：1)通过D
‑
A
‑
D分子主链上的π电子离域作用减小有机分子能带带隙，从而消除二维钙钛矿材料的量子阱结构，并且可通过选择不同D、A基团调控有机层导带、价带能级，进一步降低二维钙钛矿材料中无机
‑
有机层间能量传输损失；2)窄带隙D
‑
A
‑
D分子能贡献一部分可见光吸收，提高二维钙钛矿材料的总体吸光性能；3)分子的内电荷转移效应可促进载流子通过有机层的传输，能弱化钙钛矿结晶取向对光伏器件效率的影响。因此，本专利技术的二维钙钛矿材料能够消除量子阱结构，使得材料的激子束缚能降低，并且还能提高二维钙钛矿材料的总体吸光性能和载流子传输性能。
[0011]一种二维钙钛矿材料的制备方法，包括：
[0012]将第一前驱体、第二前驱体和第三前驱体溶于溶剂中，混合得到钙钛矿前驱体溶液，其中，第一前驱体为金属卤化物，第二前驱体为有机铵盐，第三前驱体的结构式如下式(2)所示：
[0013][0014]其中，R1是碳原子数为2
‑
20的直链或支链的烷基；
[0015]提供一基体，于所述基体上涂覆所述钙钛矿前驱体溶液并退火，得到二维钙钛矿材料。
[0016]在其中一个实施例中，所述金属卤化物包括PbCl2、PbBr2、PbI2、SnCl2、SnBr2、SnI2、GeCl2、GeBr2、GeI2中的至少一种；所述有机铵盐包括CH3NH3I、NH2CH＝NH2I、CH3NH2NH3I中的至少一种。
[0017]在其中一个实施例中，所述第一前驱体、所述第二前驱体、所述第三前驱体的摩尔比为n:n
‑
1:1，其中，n＝1
‑
4。
[0018]在其中一个实施例中，所述钙钛矿前驱体溶液的浓度为0.4mmol/L
‑
1.0mmol/L。
[0019]在其中一个实施例中，所述退火的温度为80℃
‑
120℃。
[0020]在所述退火的过程中，所述钙钛矿前驱体溶液会发生反应，得到二维钙钛矿材料。
[0021]本专利技术二维钙钛矿材料的制备方法条件简单可控，可以实现大面积制备，适用于工业化生产。
[0022]一种太阳能电池，所述太阳能电池的吸光层的材料包括上述二维钙钛矿材料。
[0023]由于本专利技术的二维钙钛矿材料激子结合能低、带隙较小、载流子传输性能更优，且溶解度高、成膜性好，因此，本专利技术的太阳能电池能够具有更高且稳定的光电转化效率。
附图说明
[0024]图1为本专利技术DPP
‑
2T的HNMR图谱；
[0025]图2为本专利技术太阳能电池的一实施方式的结构示意图；
[0026]图3为本专利技术实施例1中太阳能电池的I
‑
V特性曲线图；
[0027]图4为本专利技术实施例4中二维钙钛矿材料的XRD图谱；
[0028]图5为本专利技术实施例4中二维钙钛矿材料的TEM图像。
[0029]图中：101、透明导电层；102、空穴传输层；103、吸光层；104、电子传输层；105、背电极层。
具体实施方式
[0030]以下将对本专利技术提供的二维钙钛矿材料及其制备方法、太阳能电池作进一步说明。
[0031]本专利技术提供的二维钙钛矿材料的分子式为RA
n
‑1B
n
X
3n+1
，n＝1
‑
4，其中，A为有机阳离子，B为金属阳离子，X为卤素阴离子，R的结构式如下式(1)所示：
[0032][0033]其中，R1是碳原子数为2
‑
20的直链或支链的烷基。
[0034]在一个或多个实施例中，所述二维钙钛矿材料的分子式中的A包括CH3NH
3+
、NH2CH＝NH
2+
、CH3CH2NH
3+
中的至少一种，优选为CH3NH
3+
(MA)；B包括Pb
2+
、Sn
2+
、Ge
2+
、Li
+
、Na
+
、K
+
、Rb
+
、CS
+
中的至少一种，优选为Pb
2+
；X包括Cl
‑
、Br
‑
或I
‑
中的至少一种，优选为I
‑
。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维钙钛矿材料，其特征在于，所述二维钙钛矿材料的分子式为RA
n
‑1B
n
X
3n+1
，n＝1
‑
4；其中，A为有机阳离子，B为金属阳离子，X为卤素阴离子，R的结构式如下式(1)所示，其中，R1是碳原子数为2
‑
20的直链或支链的烷基。2.根据权利要求1所述二维钙钛矿材料，其特征在于，A包括CH3NH
3+
、NH2CH＝NH
2+
、CH3NH2NH
3+
中的至少一种。3.根据权利要求1所述二维钙钛矿材料，其特征在于，B包括Pb
2+
、Sn
2+
、Ge
2+
中的至少一种。4.根据权利要求1所述二维钙钛矿材料，其特征在于，X包括Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
中的至少一种。5.一种二维钙钛矿材料的制备方法，其特征在于，包括：将第一前驱体、第二前驱体和第三前驱体溶于溶剂中，混合得到钙钛矿前驱体溶液，其中，所述第一前驱体为金属卤化物，所述第二前驱体为有机铵盐...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛子义，刘畅，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：