[发明专利]一种有机/无机杂化锡铅混合钙钛矿材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机/无机杂化钙钛矿材料的制备方法，特别涉及一种基于CH₃NH₃Pb_xSn_(1-x)Br₃锡铅混合钙钛矿结构材料的制备方法。

背景技术

钙钛矿型太阳能电池是一种新型太阳能电池，其相对于晶硅电池制备成本低廉，制备过程简单，并具有高效率的特点，成为目前太阳能电池的研究热点。

钙钛矿型太阳能电池中起到关键作用的是光吸收层，目前钙钛矿型太阳能电池光吸收层一般采用有机无机杂化材料—CH₃NH₃PbX₃(X＝I,Br,Cl)，它具有很高的吸光系数，在光催化过程中表现出优异的光电性能。但该有机无机杂化材料以卤化铅为主，材料铅元素含量较大，众所周知铅是重金属元素，对环境、人体均有危害，因此，需要寻找其它的元素代替铅元素，目前已有研究者采用Sn、Ge等铅元素的同族元素来替代铅元素，并获得了相应有机无机杂化钙钛矿材料，但是该种材料光吸收率低、稳定性很差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种制备稳定性好，光吸收率较高，可降低铅元素含量，以减少对环境污染的有机/无机杂化锡铅混合钙钛矿材料及其制备方法。

一种有机/无机杂化锡铅混合钙钛矿材料，具有以下化学式组成：CH₃NH₃Pb_xSn_(1-x)Br₃，其中，0≤x≤1。

所述有机/无机杂化锡铅混合钙钛矿材料的化学式组成中，0.1≤x≤0.5。

一种有机/无机杂化锡铅混合钙钛矿材料的制备方法，其具体步骤如下：

(1)清洗基片

以FTO导电玻璃作为基片，用丙酮和无水乙醇清洗后，再用去离子水冲洗干净，烘干；

(2)配制反应溶液

将固体甲基溴化铵(CH₃NH₃Br)和固体溴化亚铅(PbBr₂)、固体溴化亚锡(SnBr₂)进行混合，加入到N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中，所述甲基溴化铵与溴化亚铅、溴化亚锡的摩尔比为1：x：(1-x)，所述甲基溴化铵与N,N-二甲基甲酰胺的摩尔体积比为1:1mol/L～1:2mol/L，搅拌均匀，得到反应溶液；将反应溶液进行脉冲电磁场处理，脉冲电压为300V～700V，脉冲频率为1Hz～5Hz，脉冲时间60s～120s；

(3)旋涂成膜

将经脉冲处理的反应溶液滴加在导电玻璃基片上，分别进行低速旋涂和高速旋涂，形成一层厚度为500nm～1000nm的钙钛矿薄膜，其中，低速旋涂的转数为800r/min～1200r/min，旋涂时间为20s～30s；高速旋涂的转数为2500r/min～3500r/min，旋涂时间为30s～40s；

(4)退火处理

将步骤(3)中的旋涂好的液态膜放入真空干燥箱中，加热至70℃～90℃，保温30min～50min，关闭真空干燥箱电源，在真空干燥箱内自然冷却到室温，得到有机无机杂化锡铅钙钛矿薄膜。

所述配制反应溶液中的0≤x≤1。

所述配制反应溶液中的0.1≤x≤0.5。

脉冲电磁场处理时，脉冲电压为400V～600V，脉冲频率为2Hz～4Hz，脉冲时间80s～100s。

所述FTO导电玻璃的厚度为2mm～6mm。

清洗FTO导电玻璃基片时，先在丙酮中超声清洗10min～20min，再在无水乙醇中清洗10min～20min。

本发明的有益效果：

(1)、制备的新型锡铅混合钙钛矿材料是一种p型材料，其结晶度高，热稳定性好，光吸收率较高，扩宽光吸收范围；同时极大减少铅元素的使用量，减少了环境污染，可以作为太阳能电池光吸收层材料，具有一定应用价值。

(2)、采用液相法制备新型锡铅混合钙钛矿材料，并且采用脉冲电磁场加以辅助提高杂化钙钛矿材料的质量，该方法制备过程简单，制备稳定性好，周期短、有效降低工艺成本。

附图说明

图1是本发明(对应实施例1)制备的CH₃NH₃Pb_0.1Sn_0.9Br₃杂化材料的XRD图谱；