利用稀土和过渡金属掺杂制备的钙钛矿量子点、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了利用稀土和过渡金属掺杂制备的钙钛矿量子点、制备方法及其应用，属于新能源光伏器件技术领域，包括钙钛矿前驱体制备、钙钛矿量子点光转换涂层的制备；本发明专利技术选用稀土离子Yb

【技术实现步骤摘要】
利用稀土和过渡金属掺杂制备的钙钛矿量子点、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于新能源光伏器件
，具体涉及利用稀土掺杂进铯铅氯钙钛矿量子点以制备光转换量子点涂层，由此获得的光转换钙钛矿量子点涂层具有显著提高硅电池的紫外光吸收能力和光电转换效率，进而实现对器件各项光电性能的大幅度提升。

技术介绍

[0002]硅太阳能电池(SSCs)作为最高效、最成熟的光电转换平台，已在世界各地得到安装。它的响应几乎覆盖了紫外、可见光和近红外(300
‑
1100nm)的范围，在AM 1.5G照明下，晶体硅(c
‑
Si)太阳能电池的最大理论效率可接近31％。目前，大多数商用ssc的光电转换效率(PCE)在10
‑
25.6％之间；PCE对c
‑
Si太阳能电池的局限性可以归因于在紫外(UV)和蓝色波长(300
‑
450nm)的光谱响应低。在紫外
‑
蓝色波长内能量较高的入射光子在离表面的短距离内被吸收，从而导致较高的复合损失。到目前为止，已经展示了各种策略来解决这个问题，例如，制造不同的串联太阳能电池(如钙钛矿/硅太阳能电池，聚合物/钙钛矿太阳能电池等)。但是钙钛矿太阳能电池制备工艺复杂，且钙钛矿太阳能电池有较差的水氧稳定性。也可以在ssc前面插入各种不同的光致发光层，在各种光致发光转换层中，稀土离子的下转换或者说量子剪裁是一种很有吸引力的方法。由于不同发光中心之间的能量转移过程，量子剪裁可以实现发射两个或多个近红外光子，为每个紫外线/可见光子吸收和可能在很大程度上提高太阳能电池的光电转换效率。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术利用稀土掺杂铯铅氯钙钛矿量子点以制备光转换钙钛矿涂层的方法。本专利技术选用稀土离子Yb
3+
和过渡金属离子Zn
2+
作为掺杂剂，利用这种离子掺杂制备光转换钙钛矿量子点涂层，利用Zn
2+
和Yb
3+
离子掺杂进铯铅氯钙钛矿量子点中，直接将掺杂后的钙钛矿量子点胶体旋涂到准备好的玻璃衬底上，获得钙钛矿量子点涂层。其原理为：由于Zn
2+
离子跟Pb
2+
离子半径接近，可以钝化缺陷，协助能量传递，提高在铯铅氯体系中Yb
3+
离子的红外发射，从而可得到缺陷减少、具有高结晶质量的钙钛矿量子点，涂在玻璃衬底表面，用于对硅电池进行封装，同时增强新能源光伏器件的稳定性以及器件的紫外响应和光电转换效率。
[0004]本专利技术通过如下技术方案实现：
[0005]利用稀土和过渡金属掺杂制备的钙钛矿量子点的方法，具体包括如下步骤：
[0006](1)、钙钛矿前驱体制备；
[0007]具体步骤为：首先，将碳酸铯(CsCO3)、油酸(OA)、十八烯(ODE)混合，加入三颈瓶加热，在氮气保护下搅拌，得到澄清的前驱体溶液；
[0008](2)、钙钛矿量子点的制作；
[0009]具体步骤为：首先，将氯化铅(PbCl2)、氯化镱(YbCl3)、氯化锌(ZnCl2)混合，加入油
酸(OA)、油胺(OAm)、十八烯(ODE)混合,充分搅拌，在氮气保护下升温；然后，将前驱体溶液用注射器加入三颈瓶，冰浴冷却，之后加入离心管中离心取沉淀，并加入溶剂离心去油；
[0010](3)、钙钛矿量子点光转换涂层的制作；
[0011]具体步骤为：首先，将玻璃衬底清洁干燥，将洁净的玻璃衬底进行臭氧处理，除去表面基团，得到可旋涂用的衬底，将制备好的量子点胶体旋涂于待用玻璃片表面。
[0012]进一步地，步骤(1)所述前驱体投料量为碳酸铯0.8mmol,油酸2ml，十八烯10ml，在氮气保护下保持120℃，搅拌1h
‑
2h。
[0013]进一步地，步骤(2)各原料的投料比为0.3mmol氯化铅(PbCl2)、0.1mmol氯化镱(YbCl3)、0.015mmol氯化锌(ZnCl2)混合加入三颈瓶，加入油酸(OA)2ml、油胺(OAm)2ml、十八烯(ODE)充分搅拌，在氮气保护下升温到180摄氏度；然后，将前驱体溶液用注射器加入三颈瓶，反应三十秒后使用冰浴冷却至室温，之后加入离心管中，8000转离心十分钟，只取沉淀并加入环己烷。
[0014]进一步地，步骤(2)中去油的溶剂为2ml环己烷和1ml乙酸乙酯的混合溶液，将量子点沉淀完全分散在溶剂中，进行8000r/min转速，10min离心之后只取沉淀再分散到2ml环己烷中。
[0015]进一步地，步骤(3)所述玻璃衬底尺寸为19.8mm*19.8mm，依次置于异丙醇、乙醇去离子水中分别超声清洗5min，然后放入95℃的热风烘箱中干燥10
‑
30min，用臭氧处理半小时，备用。
[0016]进一步地，步骤(3)所述旋涂混合前驱体溶液的转速为1000
‑
2000r/min，时间35
‑
50s。
[0017]本专利技术的另一目的还在于提供了利用稀土掺杂制备钙钛矿量子点在新能源光伏器件方面的应用。
[0018]进一步地，利用携带涂层的玻璃衬底对硅电池进行封装，具体地，首先，将衬底准备好，覆盖在硅电池表面；然后，使用硅胶进行封装。
[0019]进一步地，所述封装是将硅电池封装在带有量子点薄膜的玻璃片之内，硅胶用来隔绝水氧。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0021](1)、对铯铅氯钙钛矿量子点进行Yb
3+
和Zn
2+
掺杂，制备得到晶粒形貌良好，缺陷较少钙钛矿量子点，从而有效降低了钙钛矿量子点的非辐射复合，提升了量子点涂层的性能；
[0022](2)、利用带有量子点涂层的玻璃对硅电池进行封装，同时增强新能源光伏器件的稳定性以及器件的紫外响应和光电转换效率。
附图说明
[0023]图1为本专利技术的利用稀土离子Yb
3+
和过渡金属离子Zn
2+
共掺杂得到高质量均匀的铯铅氯钙钛矿量子点的结构示意图；
[0024]图2为Yb
3+
离子掺杂铯铅氯钙钛矿量子点透射电镜照片；
[0025]图3为本专利技术的稀土离子Yb
3+
和过渡金属离子Zn
2+
共掺杂的铯铅氯钙钛矿量子点透射电镜照片；
[0026]图4为Yb
3+
离子掺杂的铯铅氯钙钛矿量子点在进行60℃，高温稳定性测试后的光谱
表征图；
[0027]图5为本专利技术的稀土离子Yb
3+
和过渡金属离子Zn
2+
共掺杂的铯铅氯钙钛矿量子点在进行水稳定性测试后的光谱表征图；
[0028]图6为本专利技术的Zn
2+
离子，Yb
3+
离子共掺杂的铯铅氯钙钛矿量子点的光谱图；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.利用稀土和过渡金属掺杂制备的钙钛矿量子点的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：(1)、钙钛矿前驱体制备；具体步骤为：首先，将碳酸铯(CsCO3)、油酸(OA)、十八烯(ODE)混合，加入三颈瓶加热，在氮气保护下搅拌，得到澄清的前驱体溶液；(2)、钙钛矿量子点的制备；具体步骤为：首先，将氯化铅(PbCl2)、氯化镱(YbCl3)、氯化锌(ZnCl2)混合，加入油酸(OA)、油胺(OAm)、十八烯(ODE)混合,充分搅拌，在氮气保护下升温；然后，将前驱体溶液用注射器加入三颈瓶，冰浴冷却，之后加入离心管中离心取沉淀，并加入溶剂离心去油；(3)、钙钛矿量子点光转换涂层的制备；具体步骤为：首先，将玻璃衬底清洁干燥，将洁净的玻璃衬底进行臭氧处理，除去表面基团，得到可旋涂用的衬底，将制备好的量子点胶体旋涂于待用玻璃片表面。2.如权利要求1所述的利用稀土和过渡金属掺杂制备的钙钛矿量子点的方法，其特征在于，步骤(1)所述前驱体投料量为碳酸铯0.8mmol,油酸2ml，十八烯10ml，在氮气保护下保持120℃，搅拌1h
‑
2h。3.如权利要求1所述的利用稀土和过渡金属掺杂制备的钙钛矿量子点的方法，其特征在于，步骤(2)各原料的投料比为0.3mmol氯化铅(PbCl2)、0.1mmol氯化镱(YbCl3)、0.015mmol氯化锌(ZnCl2)混合加入三颈瓶，加入油酸(OA)2ml、油胺(OAm)2ml、十八烯(ODE)充分搅拌，在氮气保护下升温到180摄氏度；然后，将前驱体溶液用注射器加入三颈瓶，反应30s后使用冰浴冷却至室温，之后加入离心管中，8000转离心10min，只取沉...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢添宇，宋宏伟，周东磊，徐文，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：