稀土上转换纳米颗粒/类石墨相氮化碳复合材料、电池及制备方法技术

本发明专利技术公开一种稀土上转换纳米颗粒/类石墨相氮化碳复合材料、电池及制备方法，属于钙钛矿太阳能电池技术领域，其通过掺杂Li元素和复合g

【技术实现步骤摘要】
稀土上转换纳米颗粒/类石墨相氮化碳复合材料、电池及制备方法


[0001]本专利技术属于钙钛矿太阳能电池
，更具体地，涉及一种稀土上转换纳米颗粒/类石墨相氮化碳复合材料、电池及制备方法。

技术介绍

[0002]全固态有机
‑
无机金属铅卤化物钙钛矿太阳能电池(APbX3：其中A＝Cs,CH3NH3或CH(NH2)2；X＝Cl,Br或I)作为新一代太阳能电池在光伏领域大放异彩。目前，钙钛矿太阳能电池效率的继续提升存在很大挑战。以CH3NH3PbI3为钙钛矿层，其只能吸收光波长为280～800nm，仅占小部分太阳光谱(280～2500nm)的范围。因此，提高电池对太阳光谱的响应范围，减少入射光子的损失，是进一步提高电池光电转换效率的关键。
[0003]公开号为CN108816266A的专利申请公开了一种YF/g
‑
C3N4复合材料及其在光催化中的应用，取Y(NO3)3、Yb(NO3)3、Tm(NO3)3和Er(NO3)3混合，以水作为溶剂，再加入NaF形成悬浊胶体，经过水热反应得到上转换材料YF；然后将g
‑
C3N4溶于HNO3，得到胶状悬浮混合液后调节pH至中性；最后将上述混合液中加入上转换材料YF，并搅拌均匀，煅烧后得到YF/g
‑
C3N4复合材料。其通过对氮化碳进行上转换材料的掺杂处理，有效改善了氮化碳禁带宽度较窄，对太阳光利用率不足的缺陷，制备出的复合材料对太阳光的吸收利用率更高，然而上述材料适用于作为光催化剂使用。
[0004]如何开发一种新型的材料，使其能够适用于钙钛矿太阳能电池，提高电池的光电转化效率是亟待需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于，提供一种稀土上转换纳米颗粒/类石墨相氮化碳复合材料、电池及制备方法，将Li
+
:UCNPs/g
‑
C3N4复合材料作为上转换材料制备钙钛矿太阳能电池，Li
+
:UCNPs/g
‑
C3N4复合材料能将近红外光转换成可见光，拓展钙钛矿太阳能电池对近红外光的吸收，提高电池的光电转换效率，并且性能稳定，工艺性良好。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的第一个方面，提供一种稀土上转换纳米颗粒/类石墨相氮化碳复合材料，其为Li
+
掺杂的NaYbF4:Ho
3+
稀土上转换纳米颗粒与g
‑
C3N4通过反应后复合获得。
[0007]按照本专利技术的第二个方面，提供一种稀土上转换纳米颗粒/类石墨相氮化碳复合材料的制备方法，其包括如下步骤：
[0008](1)将镧系元素硝酸盐Yb(NO3)3·
5H2O和Ho(NO3)3·
5H2O加入有机挥发性溶剂中，搅拌均匀制备成第一溶液，
[0009](2)将氟化钠和硝酸锂溶解在与步骤(1)中相同的有机挥发性溶剂中，搅拌均匀制备成第二溶液，
[0010](3)将第二溶液缓慢加入第一溶液中，加入酸以将PH值调节至4～6，制备获得第三
溶液，
[0011](4)将第三溶液转移至高压反应釜中，在180℃～220℃的温度下在水热箱中加热4h～24h，然后自然冷却，
[0012](5)将水热处理后的第三溶液离心并水洗直至pH值为6～7，将所得沉淀物在500℃～550℃下退火处理2h～3h，得到Li
+
掺杂的稀土上转换颗粒材料，其粒径大小是50nm～100nm，
[0013](6)将Li
+
掺杂的稀土上转换纳米颗粒材料分散在与步骤(1)中相同的有机挥发性溶剂中，得到第四溶液，
[0014]将g
‑
C3N4加入去离子水中，搅拌均匀，获得g
‑
C3N4混合液，
[0015](7)将g
‑
C3N4混合液加入到第四溶液中，获得悬浮液，将悬浮液加入到高压反应釜中，在180℃～200℃保持20h～24h，离心收集产物并在80℃～90℃真空干燥12h～16h，得到Li
+
掺杂的稀土上转换纳米颗粒/类石墨相氮化碳复合材料。
[0016]进一步的，步骤(1)中第一溶液中Yb和Ho的摩尔比为(40～60):1。
[0017]进一步的，步骤(1)中有机挥发性溶剂为乙二醇。
[0018]进一步的，步骤(6)中，g
‑
C3N4的制备方法如下：
[0019](1)将尿素置于坩埚中，以2～3℃/min的速率升温至550℃～600℃，在马弗炉中煅烧2h～3h，自然冷却至室温，得到黄色固体，
[0020](2)将步骤(1)中黄色固体再次按2～3℃/min的速率升温至500℃～600℃，在马弗炉中煅烧2～3h，自然冷却至室温，得到的浅黄色固体即为类石墨相氮化碳g
‑
C3N4。
[0021]进一步的，步骤(7)的悬浮液中，Li
+
掺杂的稀土上转换纳米颗粒质量与g
‑
C3N4质量之比为：2～3g Li
+
掺杂的稀土上转换纳米颗粒相应搭配100～400mg g
‑
C3N4。
[0022]进一步的，步骤(3)中加入的酸为浓度65％的HNO3。
[0023]按照本专利技术的第三个方面，还提供一种采用如上所述的稀土上转换纳米颗粒/类石墨相氮化碳复合材料制备钙钛矿吸收层的太阳能电池。
[0024]按照本专利技术的第四个方面，还提供制备如上所述的太阳能电池的方法，其包括如下步骤：
[0025](1)清洗FTO导电玻璃基板，以获得洁净、干燥的FTO导电玻璃基板，
[0026](2)将二水合氯化亚锡与尿素溶解在去离子水，在空气中氧化成氧化锡溶液，获得电子传输层的前驱体溶液，将电子传输层的前驱体溶液旋涂在步骤(1)中获得的FTO导电玻璃基板在，在150℃～180℃条件下退火处理10min～30min，得到电子传输层，
[0027](3)将Li
+
掺杂的稀土上转换纳米颗粒/类石墨相氮化碳复合材料的前驱体溶液旋涂在步骤(2)的电子传输层上，在70℃～90℃条件下退火处理10min～30min，获得上转换纳米复合材料层，
[0028]所述Li
+
掺杂的稀土上转换纳米颗粒/类石墨相氮化碳复合材料的前驱体溶液由纳米复合材料分散于乙醇溶剂中所得，
[0029](4)将CH3NH3PbI3溶液、二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)的混合溶剂以体积比为9：1配制获得钙钛矿前驱体溶液，将钙钛矿前驱体溶液旋涂在上转换纳米复合材料层上，并在旋涂结束前滴加氯苯，最后在90℃～110℃的条件下加热5min～15min，获得钙钛矿吸收层，
[0030](5)在所述钙钛矿吸收层上采用丝网印刷的方法制备电极。
[0031]进一步的，其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种稀土上转换纳米颗粒/类石墨相氮化碳复合材料，其特征在于，其为Li
+
掺杂的NaYbF4:Ho
3+
稀土上转换纳米颗粒与g
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C3N4通过反应后复合获得。2.制备如权利要求1所述的稀土上转换纳米颗粒/类石墨相氮化碳复合材料的方法，其特征在于，其包括如下步骤：(1)将镧系元素硝酸盐Yb(NO3)3·
5H2O和Ho(NO3)3·
5H2O加入有机挥发性溶剂中，搅拌均匀制备成第一溶液，(2)将氟化钠和硝酸锂溶解在与步骤(1)中相同的有机挥发性溶剂中，搅拌均匀制备成第二溶液，(3)将第二溶液缓慢加入第一溶液中，加入酸以将PH值调节至4～6，制备获得第三溶液，(4)将第三溶液转移至高压反应釜中，在180℃～220℃的温度下在水热箱中加热4h～24h，然后自然冷却，(5)将水热处理后的第三溶液离心并水洗直至pH值为6～7，将所得沉淀物在500℃～550℃下退火处理2h～3h，得到Li
+
掺杂的稀土上转换颗粒材料，其粒径大小是50nm～100nm，(6)将Li
+
掺杂的稀土上转换纳米颗粒材料分散在与步骤(1)中相同的有机挥发性溶剂中，得到第四溶液，将g
‑
C3N4加入去离子水中，搅拌均匀，获得g
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C3N4混合液，(7)将g
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C3N4混合液加入到第四溶液中，获得悬浮液，将悬浮液加入到高压反应釜中，在180℃～200℃保持20h～24h，离心收集产物并在80℃～90℃真空干燥12h～16h，得到Li
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掺杂的稀土上转换纳米颗粒/类石墨相氮化碳复合材料。3.制备如权利要求2所述的稀土上转换纳米颗粒/类石墨相氮化碳复合材料的方法，其特征在于，步骤(1)中第一溶液中Yb和Ho的摩尔比为(40～60):1。4.制备如权利要求3所述的稀土上转换纳米颗粒/类石墨相氮化碳复合材料的方法，其特征在于，步骤(1)中有机挥发性溶剂为乙二醇。5.制备如权利要求4所述的稀土上转换纳米颗粒/类石墨相氮化碳复合材料的方法，其特征在于，步骤(6)中，g
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C3N4的制备方法如下：(1)将尿素置于坩埚中，以2～3℃/min的速率升温至550℃～600℃，在马弗炉中煅烧2h～3h，自然冷却至室温，得到黄色固体，(2)将步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵丽，金佳人，曹秋芬，王世敏，李祖红，周钇均，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：