一种耐水环保型光伏材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐水环保型光伏材料及其制备方法，该光伏材料属于钙钛矿类，本发明专利技术将其做成介孔状，并利用硼酸铅硝酸溶液、醋酸溶液进行阴离子替换，利用氯化钡氯化铈混合溶液进行阳离子替换，获得阴阳离子替换介孔材料，最后在阴阳离子替换介孔材料表面旋涂形成二氧化钛

【技术实现步骤摘要】
一种耐水环保型光伏材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于光伏材料制备
，具体涉及一种耐水环保型光伏材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，全球气候条件的改变和污染越来越严重，发展清洁能源已成为当务之急。太阳能作为一种可再生资源，是新能源开发的重要途径之一。基于光生伏特效应，太阳能电池的开发与应用能将太阳能直接有效地转化为电能供人类使用，而完成这一过程的关键就是光伏材料。光伏材料的类型很多，包括硅基材料(单晶硅、多晶硅、非晶硅)、砷化镓、硫化镉、碲化镉、钙钛矿材料等。其中，硅基材料的光电转化率相对较高，目前应用最多，但其制造成本较高；砷化镓等半导体材料原料稀少、制备效率低、稳定性差，在实际应用中受到了较大的限制。
[0003]过往研究发现，当金属卤化物材料形成钙钛矿结构后，在光伏太阳能电池中作为采集层是非常有效的，能够成功地将太阳能转化为电能，钙钛矿材料的禁带宽度在1.5eV附近，与太阳光光谱相匹配，吸收系数高达105，数百个纳米厚度的薄膜就可以充分吸收800nm以下波长的太阳光，并且在蓝光波段的光的吸收效果明显优于硅太阳能电池。因此人们将钙钛矿结构的材料应用于薄膜太阳能电池中，并不断提升光电转换率，特别是金属卤化物类钙钛矿材料，其原料一般为廉价的铅、卤素及胺盐，来源广泛，制造成本低，具有很好的应用前景。
[0004]CH3NH3PbX3(X代表卤素，主要包括Cl、Br、I)是钙钛矿类光伏材料的典型代表，吸收系数高，制造成本低，还可以通过对组成的调节，改变颜色和作为光伏材料使用时的带隙。但作为CH3NH3PbX3主要组成部分的Pb元素却具有较大的毒性，且容易泄露，导致土地与环境污染，危害人体，因此寻找铅的替代元素是非常必要的。而且，它的化学稳定性差，非常容易被空气中的水分解导致电池失效，且对空气中的氧比较敏感，导致电池性能下降甚至失效，进而影响器件的寿命和稳定性，在实际应用时不得不将整个电池进行封装，导致电池的制造成本增加。
[0005]专利CN108198944B公开了一种微孔型钙钛矿光伏材料，先将钛酸正丁酯放入无水乙醇中，辅以聚乙烯吡咯烷酮和发泡剂，得到二氧化钛胶体液，经浓缩后镀膜在基材表面，加压反应得到二氧化钛薄膜，然后放入氯化钙溶液中，氨气曝气反应后得到氢氧化钙沉积层，最后加温加压反应。并采用酸溶液浸泡，去离子水和无水乙醇洗涤后得到微孔型钙钛矿光伏材料。该专利技术虽然将钙钛矿光伏材料的结构调整为微孔型，但是仍然存在耐水性差的问题，稳定性差，使用寿命短。
[0006]专利CN105514276B公开了一种介孔状钙钛矿光伏材料，先制备金属卤化物纳米微球，再将金属卤化物纳米微球加工成介孔状钙钛矿光伏材料。该专利技术同样未解决耐水性问题，影响钙钛矿光伏材料的使用寿命。
[0007]专利申请CN104485425A公开了一种钙钛矿型材料，先制备沉积有前体BX2膜的基
体，再将所制备的沉积有前体BX2膜的基体和前体AX置于压力和温度可控的反应炉中，并通过压力控制装置将反应炉的压力控制到接近真空状态；然后通过控制加热温度，使得前体AX成气态，其与固态的前体BX2膜发生气相
‑
固相反应，生成具有钙钛矿型结构的ABX3膜；最后对所生成的钙钛矿型结构的ABX3膜进行退火。其中，A为CH3NH3‑
、HCONH3‑
、HN＝CHNH3‑
中的一种，B为Pb、Sn中的一种或者其混合物，X为I、Cl、Br、I
x
Br
y
Cl3‑
x
‑
y
(0≤x、y≤3)中的一种。但是，当B为铅时，毒性大，不环保，当B为锡时，光伏材料的光电性能并不理想；而且，该光伏材料也未解决耐水性问题。

技术实现思路

[0008]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种耐水环保型光伏材料及其制备方法，减少有毒物质铅的使用，更加环保，且具有较好的耐水性，光电性能优异。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0010]一种耐水环保型光伏材料的制备方法，具体步骤如下：
[0011](1)先将硝酸铅和碘化钾制成碘化铅纳米微球，再将碘化铅纳米微球与甲基碘化胺混合制成介孔状CH3NH3PbI3；
[0012](2)然后将介孔状CH3NH3PbI3利用硼酸铅硝酸溶液、醋酸溶液进行阴离子替换，得到阴离子替换介孔材料，接着利用氯化钡氯化铈混合溶液、氯化铈溶液进行阳离子替换，得到阴阳离子替换介孔材料；
[0013](3)最后在阴阳离子替换介孔材料表面旋涂形成二氧化钛
‑
二氧化硅复合膜，疏水等离子处理，即得所述的光伏材料。
[0014]优选的，步骤(1)中，以重量份计，碘化铅纳米微球的制备方法如下：先将33.1份硝酸铅超声分散于200～220份环己烷中，得到分散液A，接着将33.2份碘化钾超声分散于200～220份环己烷中，得到分散液B，然后边搅拌边将分散液A缓慢滴入分散液B中，在此过程中同时逐滴滴入5～6份聚乙二醇辛基苯基醚，全部滴加完毕后，加热搅拌反应，离心取沉淀，洗涤，干燥，即得碘化铅纳米微球。
[0015]进一步优选的，加热搅拌反应的工艺条件为：38～42℃搅拌反应20～25小时。
[0016]优选的，步骤(1)中，以重量份计，介孔状CH3NH3PbI3的制备方法如下：先将46.1份碘化铅纳米微球超声分散于150～170份环己烷中，得到分散液C，接着将15.9份甲基碘化胺超声分散于140～160份环己烷中，得到分散液D，然后将分散液C和分散液D搅拌混匀，加入35～45份γ
‑
丁内酯，加热搅拌反应，甲苯清洗后旋涂于基底上，烘干，得到介孔状CH3NH3PbI3。
[0017]进一步优选的，加热搅拌反应的工艺条件为：60～70℃搅拌反应20～22小时。
[0018]进一步优选的，旋涂转速为1500～2000r/min，旋涂时间为50～60s，烘干温度为80～90℃。
[0019]优选的，步骤(2)中，阴离子替换的具体方法为：先将介孔状CH3NH3PbI3完全浸没于硼酸铅硝酸溶液中，在40～45℃条件下，300～400W超声波振荡处理20～30分钟，并在此过程中持续逐滴滴入1～2mol/L醋酸溶液，直至超声波振荡处理结束，自然冷却至室温并在室温条件下静置40～50分钟，滤除剩余液体即可；其中，硼酸铅硝酸溶液是将硼酸铅溶于其8～10倍重量的2～3mol/L硝酸溶液中而得。
[0020]优选的，步骤(2)中，阳离子替换的具体方法为：先将阴离子替换介孔材料完全浸没于氯化钡氯化铈混合溶液中，90～100℃搅拌处理80～90分钟，并在此过程中持续逐滴滴入1～2mol/L碘化钾溶液直至搅拌处理结束，自然冷却至室温，滤除剩余液体取固体，再将固体完全浸没于0.5～0.7mol/L氢碘酸中，300～400W超声波振荡20～30分钟，滤除剩余液体，洗涤，干燥，即得阴阳离子替换介孔材料；其中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐水环保型光伏材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)先将硝酸铅和碘化钾制成碘化铅纳米微球，再将碘化铅纳米微球与甲基碘化胺混合制成介孔状CH3NH3PbI3；(2)然后将介孔状CH3NH3PbI3利用硼酸铅硝酸溶液、醋酸溶液进行阴离子替换，得到阴离子替换介孔材料，接着利用氯化钡氯化铈混合溶液、氯化铈溶液进行阳离子替换，得到阴阳离子替换介孔材料；(3)最后在阴阳离子替换介孔材料表面旋涂形成二氧化钛
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二氧化硅复合膜，疏水等离子处理，即得所述的光伏材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，以重量份计，碘化铅纳米微球的制备方法如下：先将33.1份硝酸铅超声分散于200～220份环己烷中，得到分散液A，接着将33.2份碘化钾超声分散于200～220份环己烷中，得到分散液B，然后边搅拌边将分散液A缓慢滴入分散液B中，在此过程中同时逐滴滴入5～6份聚乙二醇辛基苯基醚，全部滴加完毕后，加热搅拌反应，离心取沉淀，洗涤，干燥，即得碘化铅纳米微球。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，加热搅拌反应的工艺条件为：38～42℃搅拌反应20～25小时。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，以重量份计，介孔状CH3NH3PbI3的制备方法如下：先将46.1份碘化铅纳米微球超声分散于150～170份环己烷中，得到分散液C，接着将15.9份甲基碘化胺超声分散于140～160份环己烷中，得到分散液D，然后将分散液C和分散液D搅拌混匀，加入35～45份γ
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丁内酯，加热搅拌反应，甲苯清洗后旋涂于基底上，烘干，得到介孔状CH3NH3PbI3。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，加热搅拌反应的工艺条件为：60～70℃搅拌反应20～22小时。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，阴离子替换的具体方法为：先将介孔状CH3NH3PbI3完全浸没于硼酸铅硝酸溶液中，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛尚君，庞朝华，何思成，
申请(专利权)人：江苏旭日祥新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：