一种介孔状钙钛矿光伏材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种介孔状钙钛矿光伏材料及其制备方法，其特征在于，所述介孔状钙钛矿光伏材料具体制备步骤如下：（1）制备金属卤化物纳米微球；（2）制备介孔状钙钛矿光伏材料。金属卤化物纳米微球的粒径可以通过反应温度等参数进行调控，所以，本申请实施例中的技术方案能够精确调控介孔状钙钛矿材料孔径。利用介孔钙钛矿材料作为钙钛矿型太阳能电池的吸收层制备出的太阳能电池，由于介孔增加了太阳能电池吸收层与空穴传输层的接触面积，所以，在太阳能电池工作时能够增大空穴传输层传输空穴的数目，从而电子空穴分离率增加，有效地降低电子空穴复合率，进而光电转换效率增加。

Mesoporous perovskite type photovoltaic material and preparation method thereof

The invention discloses a mesoporous perovskite like photovoltaic material and a preparation method thereof, which is characterized in that the mesoporous perovskite like photovoltaic materials and the preparation steps are as follows: (1) preparation of metal halide nanoparticles; (2) preparation of mesoporous perovskite like photovoltaic materials. The particle size of the metal halide nanospheres can be regulated by the reaction temperature and other parameters, therefore, the technical proposal of the embodiment of the invention can precisely control the pore size of the mesoporous perovskite material. The use of mesoporous perovskite materials as absorption of solar cells prepared for the perovskite type solar cell, the mesoporous increase the contact area and hole transport layer absorption layer of solar cell can increase the number of so, hole transport layer hole in the solar battery, and electron hole separation rate increased effectively. To reduce the electron hole recombination rate, and increase the photoelectric conversion efficiency.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光伏材料领域，特别涉及一种介孔状钙钛矿光伏材料及制备方法。
技术介绍
随着全球能源日趋紧张，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。太阳能电池材料经过60多年的发展，根据所选用的材料不同，其类型也有许多。主要包括单晶/多晶硅、砷化镓、碲化镉、铜铟镓硒、染料敏化等。目前只有单晶/多晶硅太阳电池得到了广泛应用，其他类型的太阳能电池因原材料稀少、有毒、效率低、稳定性差等缺点在实际应用中受到限制。但单晶/多晶硅太阳电池生产成本高，寻找新型的太阳能电池仍是目前研究的热点。一种基于钙钛矿结构的CH3NH3PbX3(X为卤族元素)材料从2009年第一次应用在太阳电池中至今，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经从3.8％逐步提高到20.2％。钙钛矿太阳能电池由燃料敏化电池发展得到的，钙钛矿作为吸收层，在电池中起着十分重要的作用，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。此外，钙钛矿晶体为ABX3结构，一般为立方体或八面体结构，晶体结构稳定，钙钛矿材料结晶度高，极大地减少了光生载流子在晶体缺陷的复合，通过调节钙钛矿材料的组成，可改变其带隙和电池的颜色，制备彩色电池。由此可知，钙钛矿作为吸收层的太阳能电池有着特殊优异的性能。在电池制备过程中，由于钙钛矿型太阳能电池中TiO2介孔层需要450℃以上的高温来进行处理，在实际生产过程中面临着需要消耗大量能源的问题，通过低温溶液制备方法制备钙钛矿型太阳能电池，是克服能源消耗的途径之一。中国专利公开号CN104134711A公开了一种太阳能电池及其溶液制备方法。该方法公开的方案中，电子传输层、钙钛矿材料吸光层和空穴传输层均可在低温（200℃以下）的空气环境下实现溶液法制备，制备出转化效率为10.11%的太阳能电池。具体来讲，该方案通过在衬底和透明电极上，采用ZnO或TiO2前驱体溶液进行表面旋涂制备电子传输层，在空气环境中，ZnO或TiO2前驱体溶液可以在200℃以下的低温水解形成致密薄膜，无需高温烧结。但现有技术中，利用低温溶液法制备钙钛矿型太阳能电池，通过对吸光层钙钛矿材料的改性进一步提高钙钛矿型太阳能电池的转化效率的方法还比较少。中国专利公开号103956394A公开了一种改善钙钛矿太阳能电池吸光层性能的方法。该方法包括在钙钛矿的反应物中加入添加剂形成钙钛矿的前驱溶液，添加剂包括CnH2n+1NH3B、AB型化合物的一种或多种，A选自一价金属，B选自F、Cl、Br和I。然后将前驱体溶液悬涂在覆盖在有电子传输材料或空穴传输材料的基底上，热处理后形成钙钛矿吸光层薄膜，从而提高太阳能电池的效率。但通过配置添加剂形成钙钛矿的前驱溶液，需要将前驱体溶液悬涂在基底上，通过退火形成钙钛矿吸光层薄膜，即现有技术中存在无法在溶液中直接获得反应产物，在制备过程中产物易受到污染的技术问题。根据上述描述，现有制备钙钛矿太阳电池吸收层技术中还没有一种在低温溶液环境下通过调控钙钛矿材料微观结构，从而增加光的吸收能力，提高钙钛矿太阳电池的效率技术。
技术实现思路
为了解决上述的不足和缺陷，本专利技术提供一种介孔状钙钛矿光伏材料及其制备方法，通过首先制备金属卤化物纳米微球，利用金属卤化物纳米微球接着制备介孔状钙钛矿光伏材料的技术手段，对吸光层钙钛矿材料进行改性，太阳能电池吸收层与空穴传输材料的接触面积增加，得到的太阳能电池光电转换效率高，并且具有低温条件下制备的优点，适合钙钛矿电池的工业化生产和推广应用。一方面，本专利技术提供了一种介孔状钙钛矿光伏材料，其特征在于，所述介孔状钙钛矿光伏材料制备原料包括：金属离子源:卤源：CH3NH3X摩尔比为0.4~0.6：1:1，溶剂，表面活性剂；其中，所述金属离子源为二价金属离子的可溶性盐；所述卤源为可溶性F盐、Cl盐、Br盐、或I盐中的至少一种；所述CH3NH3X中的X为F、Cl、Br、或I中的至少一种；所述溶剂为γ-丁内酯、环己烷、甲醇、异丙醇、甲苯、二甲基甲酰胺、苯中的至少一种；所述表面活性剂为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂和两性表面活性剂中的一种或任意几种的混合物。另一方面，本专利技术提供了一种介孔状钙钛矿光伏材料的制备方法，其特征在于，所述介孔状钙钛矿光伏材料具体制备步骤如下：（1）制备金属卤化物纳米微球；（2）制备介孔状钙钛矿光伏材料。优选的，步骤（1）是按如下步骤制备的：a、将所述金属离子源溶解于所述溶剂中超声搅拌10~30min，得到液体A，将卤源溶解于有机溶剂超声搅拌10~30min，得到液体B，将液体A加入到液体B，并加入表面活性剂，不断搅拌至充分混合反应，将浑浊液离心处理，取出下层沉淀；b、将取出的沉淀物进行清洗、过滤，再将沉淀物进行干燥得到金属卤化物纳米微球。优选的，步骤（2）是按如下步骤制备的：c、将所述金属卤化物纳米微球置于在所述溶剂中，进行超声搅拌10~30min，得到液体C，以及将所述CH3NH3X粉末溶解在所述有机溶剂M中，进行超声搅拌10~30min，得到液体D，将液体C和液体D混合，得到混合液E，并加入γ-丁内酯，进行加热反应，待反应结束后得到，得到浑浊液F；d、取c中浑浊液F进行清洗去除杂质，旋涂在基底上进行烘干，即得所述介孔状钙钛矿光伏材料。优选的，在步骤a中，反应温度为20℃~100℃，时间为5-80小时。优选的，在步骤b中，所述金属卤化物纳米微球尺寸在5-50nm范围内。优选的，在步骤c中，反应温度为50℃~80℃，时间为6-20小时。优选的，在步骤d中，烘干温度为70~90℃。另一方面，本专利技术提供了一种介孔状钙钛矿太阳能电池，所述电池由下述结构构成：所述电池由上至下依次为衬底、电子传输层、介孔状钙钛矿光伏材料作为吸光层、空穴传输层和顶电极层。由于本方案采用首先制备金属卤化物纳米微球，接着制备介孔状钙钛矿光伏材料的技术手段，制备出介孔的钙钛矿光伏材料作为钙钛矿型太阳能电池的吸收层，由于吸收层与空穴传输层相接触，所以，介孔的产生增加了吸收层与空穴传输层的接触面积，进而增大了空穴传输层传输空穴的数目，从而电子空穴分离率增加，有效地降低电子空穴复合率，光电转换效率增加。在低温溶液法制备钙钛矿型太阳能电池过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种介孔状钙钛矿光伏材料，其特征在于，所述介孔状钙钛矿光伏材料制备原料包括：金属离子源: 卤源：CH3NH3X摩尔比为0.4~0.6：1 : 1，溶剂，表面活性剂；其中，所述金属离子源为二价金属离子的可溶性盐；所述卤源为可溶性F盐、Cl盐、Br盐、或I盐中的至少一种；所述CH3NH3X中的X为F、Cl、Br、或I中的至少一种；所述溶剂为γ‑丁内酯、环己烷、甲醇、异丙醇、甲苯、 二甲基甲酰胺、苯中的至少一种；所述表面活性剂为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂和两性表面活性剂中的一种或任意几种的混合物。

【技术特征摘要】
1.一种介孔状钙钛矿光伏材料，其特征在于，所述介孔状钙钛矿光伏材料制备原料包
括：
金属离子源:卤源：CH3NH3X摩尔比为0.4~0.6：1:1，溶剂，表面活性剂；
其中，所述金属离子源为二价金属离子的可溶性盐；
所述卤源为可溶性F盐、Cl盐、Br盐、或I盐中的至少一种；
所述CH3NH3X中的X为F、Cl、Br、或I中的至少一种；
所述溶剂为γ-丁内酯、环己烷、甲醇、异丙醇、甲苯、二甲基甲酰胺、苯中的至少一种；
所述表面活性剂为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂和两性
表面活性剂中的一种或任意几种的混合物。
2.一种介孔状钙钛矿光伏材料的制备方法，其特征在于，所述介孔状钙钛矿光伏材料
具体制备步骤如下：
（1）制备金属卤化物纳米微球；
（2）制备介孔状钙钛矿光伏材料。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）是按如下步骤制备的：
a、将所述金属离子源溶解于所述溶剂中超声搅拌10~30min，得到液体A，将卤源溶解
于有机溶剂超声搅拌10~30min，得到液体B，将液体A加入到液体B，并加入表面活性剂，不
断搅拌至充分混合反应，将浑浊液离心处理，取出下层沉淀；
b、将取出的沉淀物进行清洗、过滤，再将沉淀物进行干燥得到金属卤...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，曾军堂，叶任海，陈兵，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51