一种钙钛矿材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及钙钛矿电池技术领域，具体涉及一种钙钛矿材料及其制备方法和应用，所述钙钛矿材料具有二维三维杂化结构，所述二维三维杂化结构的通式为(RNH3)2MA

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及钙钛矿太阳能电池
，尤其涉及一种钙钛矿材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]钙钛矿材料通常为金属氧化物，化学式为ABO3。然而，当前研究的卤化物钙钛矿是由X
‑
代替O2‑
形成的(ABX3；A＝有机胺阳离子或Cs
+
，B＝Pb
2+
,Bi
3+
,Sb
3+
,Sn
2+
等，X＝卤素阴离子)，这种具有三维结构的钙钛矿材料(MAPbI3/FAPbI3)因其优异的光电转化效率吸引了化学家的广泛关注，在短短十余年间钙钛矿电池的效率从3.8％提高至25.8％，然而，其材料固有的光、热不稳定性成为其产业化最大的障碍。
[0003]二维的钙钛矿材料(A2PbI4)相比于三维钙钛矿材料稳定性得到了极大的提高，然而，其器件的光电转化效率产生了很大的削弱，研究发现，2D/3D杂化结构的钙钛矿材料相比较三维钙钛矿材料，效率只得到了微弱的削弱，但其稳定性得到了极大地提高，钙钛矿电池的稳定性具有跨越式的提升，这种结构的钙钛矿材料综合了二维钙钛矿材料和三维钙钛矿材料的优点，为钙钛矿太阳能电池产业化铺平了道路。然而，采用现有的2D/3D杂化结构的钙钛矿材料所制造的钙钛矿电池稳定性仍有待提高。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种钙钛矿材料及其制备方法和应用，以解决钙钛矿电池的稳定性问题。
[0005]基于上述目的，本专利技术提供了一种钙钛矿材料，所述钙钛矿材料具有二维三维杂化结构，所述二维三维杂化结构的通式为(RNH3)2MA
x
FA
y
Cs
z
Pb
a
Sn
b
I
c
Br
d
Cl
e
，其中，x+y+z＝n
‑
1，a+b＝n，c+d+e＝3n+1，n≥2，R为直链烷基、哌啶、吡啶、苯环或噻吩类芳香基团；二维三维杂化结构中三维结构和二维结构迭代排列，MA/FA/Cs(甲胺/甲咪/铯)阳离子位于三维结构部分的孔洞之中，RNH3阳离子位于二维结构部分的结构之间。
[0006]可选的，当n趋近于2时，所述杂化结构趋向于二维结构，当n趋近于∞时，所述杂化结构趋向于三维结构。
[0007]本专利技术还提供所述钙钛矿材料的制备方法，包括如下步骤：
[0008]步骤一、将碘化铵盐、甲基碘化铵、醋酸铅溶于氢碘酸中，得到分散液；
[0009]步骤二、将分散液密封后进行溶解；
[0010]步骤三、待分散液溶解完全后，进行程序降温结晶；
[0011]步骤四、冷却，析出片状钙钛矿晶体材料。
[0012]在一种可选的实施方式中，所述碘化铵盐的通式为RNH3I，其中，RNH2为苯甲胺、苯乙胺、苯丙胺，1,4
‑
苯二胺、间苯二胺、临苯二胺、1,3,5
‑
三氨基苯、2
‑
氨基蒽、2
‑
萘胺、3
‑
菲基胺、(6
‑
氨基
‑2‑
萘基)胺、3
‑
菲基胺、2，7
‑
萘二胺、2
‑
氨基屈、2，6
‑
二氨基蒽、正丁胺、正戊胺、正己胺、正辛胺、对三氟甲基苯胺、3
‑
甲基二苯胺或噻吩甲胺中的一种或多种。
[0013]优选的，所述碘化铵盐、甲基碘化铵、醋酸铅的质量比为10
‑
31:98
‑
157:39
‑
49，所述氢碘酸的质量分数为10
‑
57％。
[0014]更优选的，所述氢碘酸的质量分数为40
‑
57％。
[0015]优选的，所述步骤二中溶解的温度为60
‑
120℃。
[0016]优选的，所述程序降温的降温速率为0.5
‑
2℃/min。
[0017]本专利技术还提供所述钙钛矿材料在单结钙钛矿电池、叠层电池及大面积钙钛矿电池中的应用。
[0018]所述叠层电池包括钙钛矿/异质结、钙钛矿/铜铟镓硒、钙钛矿/钙钛矿、钙钛矿/晶硅、钙钛矿/TopCon和钙钛矿/CdTe叠层电池。
[0019]本专利技术的有益效果：采用本专利技术的钙钛矿材料能够制备稳定高效的钙钛矿太阳能电池。本专利技术的钙钛矿材料为低维杂化钙钛矿(LDHP)材料，通过温度控制以降温结晶析出钙钛矿晶体的方法，实现了大尺寸碘化铵盐(RNH3I，其中R可以为部分烷基，部分芳香基团)，甲基碘化胺(MAI)，醋酸铅(Pb(CH2COO)2)在氢碘酸中晶体的生长。然后将该晶体溶解于DMF和DMSO的混合溶剂，制备稳定高效的钙钛矿太阳能电池。利用RNH3I形成的高稳定性的二维(2D)钙钛矿组分进行堆叠三维(3D)MAPbI3钙钛矿组分，极大的提高了3D FAPbI3/MAPbI3钙钛矿结构的稳定性。通过调控3D组分的比例，可以调控LDHP带隙，得到宽吸收光谱的LDHP。最终，实现了初始效率超过20％，封装后的器件在标准工况下(85％RH，85℃)运行了超过1000个小时保持稳定。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本专利技术实施例2钙钛矿材料的表征示意图；
[0022]图2为本专利技术实施例2钙钛矿材料的电池效率测试图；
[0023]图3为本专利技术实施例3钙钛矿材料的电池效率测试图。
具体实施方式
[0024]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本专利技术进一步详细说明。
[0025]需要说明的是，除非另外定义，本专利技术使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本专利技术中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
[0026]本专利技术的实施例中所用的材料可通过市售渠道获得。
[0027]实施例1
[0028]将16.5mg的苯甲胺、39.3mg醋酸铅，98.3mg甲基碘化铵、0.5ml的氢碘酸溶液进行
充分的混合，将所述的混合物密封后放在60℃的烘箱中进行溶解，完全溶解后进行程序降温，(降温速度为1.5℃/min)，得到红色片状钙钛矿晶体，所得的晶体通过布鲁克单晶测试出的结构为三层的二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿材料，其特征在于，所述钙钛矿材料具有二维三维杂化结构，所述二维三维杂化结构的通式为(RNH3)2MA
x
FA
y
Cs
z
Pb
a
Sn
b
I
c
Br
d
Cl
e
，其中，x+y+z＝n
‑
1，a+b＝n，c+d+e＝3n+1，n≥2，R为直链烷基、哌啶、吡啶、苯环或噻吩类芳香基团；二维三维杂化结构中三维结构和二维结构迭代排列，MA/FA/Cs阳离子位于三维结构部分的孔洞之中，RNH3阳离子位于二维结构部分的结构之间。2.根据权利要求1所述钙钛矿材料，其特征在于，当n趋近于2时，所述杂化结构趋向于二维结构，当n趋近于∞时，所述杂化结构趋向于三维结构。3.根据权利要求1所述钙钛矿材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、将碘化铵盐、甲基碘化铵、醋酸铅溶于氢碘酸中，得到分散液；步骤二、将分散液密封后进行溶解；步骤三、待分散液溶解完全后，进行程序降温结晶；步骤四、冷却，析出片状钙钛矿晶体材料。4.根据权利要求3所述钙钛矿材料的制备方法，其特征在于，所述碘化铵盐的通式为RNH3I，其中，RNH2为苯甲胺、苯乙胺、苯丙胺，1,4
‑
苯二胺、间苯二胺、临苯二胺、1,3,5
‑
三氨基苯、2
‑
氨基蒽、2
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：余帅康，毕恩兵，郭铁，巴前凯，
申请(专利权)人：宣城先进光伏技术有限公司，
类型：发明
国别省市：