一种反型Cs8Sn3GaI制造技术

本发明专利技术属于有机

【技术实现步骤摘要】
一种反型Cs8Sn3GaI
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/Cs8Sn3InI
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杂化复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于有机
‑
无机杂化半导体材料
，具体为一种反型Cs8Sn3GaI
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/Cs8Sn3InI
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杂化复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近几年来，出现了一种新型的有机
‑
无机杂化钙H3NH3MX3，其在太阳能电池领域的应用研究取得了重大进展；目前报道的最高效率已经超过了23％，并且这一纪录仍在不断刷新之中。钙钛矿薄膜太阳能电池具有类似于硅基p
‑
i
‑
n电池的结构，钙钛矿薄膜作为光吸收层，即i型层，沉积在p型空钛矿半导体材料空穴选择性传输层(简称：空穴传输层或HTL)和n型电子选择性传输层(简称：电子传输层或ETL)之间；钙钛矿薄膜吸收入射光，并在其内部激发光生电子空穴对，光生电子和空穴扩散到达p型层和n型层表面，分别被p型层和n型层收集，从而完成光电转化过程；载流子选择性传输层(HTL和ETL)对光生载流子的有效抽取，减少能量损耗至关重要。
[0003]Cs2SnI6属于无机钙钛矿异变结构，其本征态通常呈现为n型直接带隙(1.3eV)结构，它的能级结构与钙钛矿太阳能电池匹配；其合成原材料在自然界大量存在，无毒且便于加工，是太阳能光伏器件研究中的一种新型半导体化合物材料。由于强激子相互作用，该材料的光吸收系数很大(104cm
‑1)；然而，值得注意的是，反型(p型)Cs2SnI6材料的空穴迁移率(42cm2V
‑1s
‑1)要远高于CuI(0.5
‑
2.0cm2V
‑1s
‑1)和CuSCN(0.01
–
0.1cm2V
‑1s
‑1)等其它常见杂化材料，采用反型Cs2SnI6作为钙钛矿太阳能电池中的空穴传输层材料，将有效提高空穴的收集效率，同时亦可以扩展吸收光谱范围，增加入射光的利用率，提高器件的光电转换效率。
[0004]目前，已有报道通过添加锂盐(Li
‑
TFSI)和四叔丁基吡啶(TBP)实现了对Cs2SnI6价带位置的优化(实际上是对Cs2SnI6进行了Li+离子p型掺杂)，并将其作为空穴传输材料制备太阳能电池器件，相比本征Cs2SnI6材料制备的电池，在器件性能上有了显著提升，如文献“J.Zhang,C.Yu,L.Wang,Y.Li,Y.Ren,K.Shum,Sci.Rep.,2014,4,6954.”与“B.Lee,C.C.Stoumpos,N.Zhou,F.Hao,C.Malliakas,C.
‑
Y.Yeh,T.J.Marks,M.G.Kanatzidis,R.P.H.Chang,J.Am.Chem.Soc.,2014,136,15379
‑
15385.”。由此可见，反型Cs2SnI6材料的基本性质直接影响光生载流子在空穴传输层与钙钛矿薄膜界面的微观输运情况，而载流子微观输运特性直接决定了电池器件的宏观性能(开路电压、短路电流、填充因子和稳定性等)；然而，目前反型Cs2SnI6杂化材料及其制备的报道还十分有限，尚未见基于Ga
3+
和In
3+
离子的反型Cs8Sn3GaI
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杂化复合材料的报道。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对现有技术存在的问题或不足，提供一种反型Cs8Sn3GaI
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杂化复合材料及其制备方法；该材料具体为基于Ga
3+
和In
3+
离子的反型Cs8Sn3GaI
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杂化复合材料，其形貌为纳米立方体构成的薄膜结构，并且，制备成本低且适用于大面积、大规模制造，不但对于钙钛矿薄膜太阳能电池性能提高具有至关重
要的作用，在发光二极管、半导体激光和光电探测器等领域也具有广泛的应用前景。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种反型Cs8Sn3GaI
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杂化复合材料，其特征在于，所述杂化复合材料的化学表达式为：Cs8Sn3GaI
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，由Ga
3+
与In
3+
离子联合调控能级形成反型Cs2SnI6结构，其晶型为面心立方结构，其表面形貌为纳米立方体、且表面分布有中空结构。
[0008]上述反型Cs8Sn3GaI
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杂化复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1、将GaI3、InI3与SnI4分别溶解于DMF中，形成混合溶液；其中，Ga
3+
与In
3+
离子的摩尔比为1:1，Ga
3+
、In
3+
离子共同与Sn
4+
离子的化学计量比(Ga
3+
+In
3+
:Sn
4+
)为1～5％；
[0010]步骤2、按照0.2mol/L的比例，将CsI添加到混合溶液中，搅拌至CsI完全溶解，形成先驱溶液；
[0011]步骤3、采用超声喷涂将前驱溶液喷涂于基片上，再将基片于130～180℃下烘烤5
‑
10min；超声喷涂参数设置为：工作距离为10cm、流速为20μL/s、喷头移动速度为5mm/s、喷涂次数为4次、工作气压为0.2MPa、基片温度为130～180℃；
[0012]步骤4、将基片放入SnI4无水乙醇溶液中浸泡，取出后用无水乙醇冲洗并吹干，获得反型Cs8Sn3GaI
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杂化复合材料。
[0013]进一步的，步骤1中，混合溶液中金属离子总浓度为0.1mol/L。
[0014]进一步的，步骤4中，SnI4无水乙醇溶液的浓度为0.1g/mL，浸泡时间为1～5分钟。
[0015]从工作原理上讲：
[0016]本专利技术采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法计算发现，Ga
3+
、In
3+
离子为III族过渡金属离子，其离子半径与Cs2SnI6中的Sn
4+
离子接近，当Ga
3+
和In
3+
离子p型联合掺杂Cs2SnI6以替代为主，替代和间隙共存，并导致Cs2SnI6反型形成Cs8Sn3GaI
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杂化复合材料。本专利技术先采用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种反型Cs8Sn3GaI
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杂化复合材料，其特征在于，所述杂化复合材料的化学表达式为：Cs8Sn3GaI
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，由Ga
3+
与In
3+
离子联合调控能级形成反型Cs2SnI6结构，其晶型为面心立方结构，其表面形貌为纳米立方体、且表面分布有中空结构。2.按权利要求1所述反型Cs8Sn3GaI
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杂化复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将GaI3、InI3与SnI4分别溶解于DMF中，形成混合溶液；其中，Ga
3+
与In
3+
离子的摩尔比为1:1，Ga
3+
、In
3+
离子共同与Sn
4+
离子的化学计量比(Ga
3+
+In
3+
:Sn
4+

【专利技术属性】
技术研发人员：周涛，向全军，廖宇龙，李元勋，文天龙，李颉，张怀武，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：