一种二硫化亚铁铜纳米晶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种二硫化亚铁铜纳米晶及其制备方法和应用，属于光伏领域。将溴化亚铁、乙酰丙酮铜和氧化三辛基膦加入油胺中，采用热注入法制备了二硫化亚铁铜纳米晶。将所得二硫化亚铁铜纳米晶分散在四氯乙烯中，作为空穴传输材料制备钙钛矿太阳能电池。经过对二硫化亚铁铜纳米晶厚度的优化，钙钛矿太阳能电池的最优效率达到14.5％，并且钙钛矿太阳能电池的稳定性得到大大提高。二硫化亚铁铜纳米晶提高钙钛矿太阳能电池稳定性的机理是其具有更好的疏水性。本发明专利技术提供的二硫化亚铁铜纳米晶的制备方法简单，作为空穴传输层制备得到的钙钛矿太阳能电池稳定性好，转化效率高。转化效率高。转化效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种二硫化亚铁铜纳米晶及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及光伏领域，尤其涉及一种二硫化亚铁铜纳米晶及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着社会的不断发展，由工业发展带来的能源和环境问题日益明显，化学燃料(石油、煤炭、天然气等)的有限储量及其燃烧带来的全球变暖问题促使人们寻找和开发环保且可再生的新型能源，太阳能来源丰富，且绿色环保无污染，是未来有希望获得大规模应用的新能源之一，将太阳能转化为电能的重要器件之一是太阳能电池。太阳能电池是一种利用光生伏特效应把光能转化成电能的器件。近年来，有机
‑
无机金属卤化物钙钛矿太阳能电池因为具有吸收系数大、扩散长度长、制备方法简单、光电转换效率高等优点，而备受研究者的关注。然而，在水、氧及受热等条件下，钙钛矿太阳能电池的性能会变差，阻碍了钙钛矿太阳能电池的发展。目前大部分的高效率钙钛矿太阳能电池是采用有机空穴传输材料制备的，比如：Spiro
‑
OMeTAD、PTAA等，这些有机空穴传输材料的合成过程复杂、价格昂贵、稳定性差。近年来，研究者们尝试将一些p型无机半导体材料(如：CuI、NiO
x
、CuSCN、VO
x
等)作为空穴传输层用于制备钙钛矿太阳能电池，但是制备得到的大部分电池的光电转换效率都不太高。因此，继续开发和制备新型的无机空穴传输材料对于制备高效率和高稳定性的钙钛矿太阳能电池具有重要意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种二硫化亚铁铜纳米晶及其制备方法和应用，以解决上述现有技术存在的问题，将该二硫化亚铁铜纳米晶作为空穴传输材料用于制备钙钛矿太阳能电池，不仅提高了太阳能电池的光电转化率还提高了其稳定性能。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0005]技术方案之一，提供一种二硫化亚铁铜纳米晶的制备方法，包括以下步骤：
[0006](1)将溴化亚铁(FeBr2)、乙酰丙酮铜(Cu(acac)2)和氧化三辛基膦(TOPO)加入油胺(OAm)中，在惰性气氛下，搅拌溶解，加热反应；
[0007](2)将步骤(1)所得溶液继续加热升温，加入硫粉溶液后，再次加热升温反应；
[0008](3)步骤(2)所得溶液降至室温后，加入乙醇，生成沉淀，即为二硫化亚铁铜纳米晶。
[0009]优选的，步骤(1)中FeBr2、Cu(acac)2、TOPO以及OAm的添加量之比为(100～110)mg：(125～135)mg：(2.22～2.42)g：(15～25)mL。
[0010]优选的，步骤(2)中硫粉溶液的溶剂为油胺。
[0011]优选的，步骤(2)中硫粉溶液的浓度为0.5～0.7mol
·
L
‑1。
[0012]优选的，步骤(2)硫粉溶液和步骤(1)中OAm的体积比为1～3:1。
[0013]优选的，步骤(3)中乙醇和步骤(1)中油胺的加入体积比为1:1。
[0014]优选的，步骤(1)中加热温度为160～180℃，加热时间为2.5～3.5h。
[0015]优选的，步骤(2)中继续加热升温至230～250℃，反应3～8min；再次加热升温至260～280℃，反应25～35min。
[0016]技术方案之二，提供了一种由上述制备方法所制备的二硫化亚铁铜纳米晶。
[0017]技术方案之三，提供了二硫化亚铁铜纳米晶在制备钙钛矿太阳能电池中的应用：以二硫化亚铁铜纳米晶作为空穴传输层的钙钛矿太阳能电池的结构是ITO/SnO2/钙钛矿/二硫化亚铁铜/Au，其中SnO2作为电子传输层，具体制备方法如下：
[0018](1)清洗基片：将ITO导电玻璃分别在丙酮、异丙醇和乙醇中超声清洗15min，然后用UV
‑
O3清洗器处理10min；
[0019](2)制备电子传输层：将SnO2胶体溶液用水稀释至4～10％(w/w)，然后滴在ITO导电玻璃上，以4000r
·
min
‑1旋涂30s后，放在加热板上，于150℃下，加热30min，制得SnO2电子传输层；
[0020](3)制备钙钛矿吸收层：首先，将PbI2粉末溶解在DMF/DMSO混合溶液(95/5，v/v)中，制备浓度为1.3mol
·
L
‑1的PbI2溶液；将PbI2溶液滴在SnO2层上，以1500r
·
min
‑1旋涂30s后，放在加热板上，在70℃下，加热1min；然后，将60mg的FAI(甲脒碘)、6mgMABr(溴甲胺)和6mg的MACl(氯甲胺)溶解在1mL异丙醇中，制备钙钛矿前驱体溶液；将所得前驱体溶液滴在PbI2层上，以1300r
·
min
‑1的速率旋涂30s后，放在加热板上，于150℃下，加热15min，得到钙钛矿吸收层；
[0021](4)空穴传输层：将80mg
·
mL
‑1～160mg
·
mL
‑1的二硫化亚铁铜纳米晶分散液滴在钙钛矿吸收层上，以3000r
·
min
‑1旋涂30s后，放在加热板上，于100℃下，加热5min，得到二硫化亚铁铜纳米晶薄膜；
[0022](5)制备Au电极：在上述空穴传输层上真空沉积一层Au层，其厚度80
‑
110nm。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0024]1、本专利技术公开一种二硫化亚铁铜纳米晶的制备方法，合成过程简单，二硫化亚铁铜纳米晶具有价格便宜、稳定性好以及电导率高等优点。
[0025]2、二硫化亚铁铜是一种p型半导体材料，本专利技术首次将其作为空穴传输材料应用于钙钛矿太阳能电池的制备中，与基于有机空穴传输材料的电池相比，基于二硫化亚铁铜纳米晶的钙钛矿太阳能电池的稳定性大大提高。
[0026]3、基于二硫化亚铁铜纳米晶的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率较高，可以达到14.5％。
附图说明
[0027]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。
[0028]图1为实施例1中二硫化亚铁铜纳米晶的X射线衍射(XRD)图；
[0029]图2为实施例1中二硫化亚铁铜纳米晶的透射电镜(TEM)图；
[0030]图3为实施例1中二硫化亚铁铜纳米晶的UV
‑
vis吸收谱，插图为由吸收谱得到的Tauc plot图；
[0031]图4为以实施例1制备的二硫化亚铁铜纳米晶为空穴传输层制备的钙钛矿太阳能电池结构示意图；
[0032]图5为钙钛矿太阳能电池转换效率(PCE)与实施例1制备的二硫化亚铁铜纳米晶分散液浓度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二硫化亚铁铜纳米晶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将溴化亚铁、乙酰丙酮铜和氧化三辛基膦加入油胺中，在惰性气氛下，搅拌溶解，加热反应；(2)将步骤(1)所得溶液继续加热升温，加入硫粉溶液后，再次加热升温反应；(3)步骤(2)所得溶液降至室温后，加入乙醇，生成沉淀，即为二硫化亚铁铜纳米晶。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述溴化亚铁、乙酰丙酮铜、氧化三辛基膦以及油胺的添加量之比为(100～110)mg：(125～135)mg：(2.22～2.42)g：(15～25)mL。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述硫粉溶液的溶剂为油胺。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述硫粉溶液的浓度为0.5～0.7mol
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张振龙，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：