[发明专利]一种有机-无机钙钛矿复合光伏材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种有机‑无机钙钛矿复合光伏材料的制备方法，采用钛酸正丁酯配置成分散液，镀膜在基材表面，并与醋酸钙的醇液膜在水蒸气中反应形成钙钛矿膜层，然后在甲胺氛围下甲胺化来填补溶胶凝胶制备法带来的结构缝隙，最后在氯化铅的醇液中，以次氯酸钠为引发剂进行超声反应，洗净后得到有机‑无机钙钛矿复合光伏材料。本发明制备的光伏材料解决了溶胶凝胶法的缝隙问题，有效的结合了有机钙钛矿与无机钙钛矿的优异性能，提高了光电转化效率。

技术领域

本发明属于光伏材料技术领域，具体涉及一种有机-无机钙钛矿复合光伏材料的制备方法。

背景技术

背景技术

钙钛矿结构的材料是指的任何与钛酸钙CaTiO₃具有相同晶体结构的材料，实验发现，当金属卤化物材料形成钙钛矿结构后，在光伏太阳能电池中作为采集层是非常有效的，能够成功地将太阳能转化为电能，基于该发现，2009年，钙钛矿结构的材料正式应用于薄膜太阳能电池中，在接下来的几年中，钙钛矿结构的材料在光伏领域有了极大的发展，光电转换率不断提升，特别是金属卤化物类钙钛矿材料，其原料一般为廉价的铅、卤素、及胺盐，来源广泛，制造成本较以往的硅基材料更低，在光电转化率方面，其从最初的3.8％发展到15.9％仅用了不到5年的时间，已经逐步接近硅基光伏材料的效率，部分学者进一步预言了其光电转化效率将很快超过单晶硅类的光伏材料，达到30％，因此使用钙钛矿结构的光伏材料的太阳能电池将能够完全取代传统的使用硅类光伏材料的太阳能电池。

CH₃NH₃PbX₃晶体为典型的ABX₃构型，其中有机分子甲胺位于由Pb与X形成的八面体的内部中间，随着温度的不同，晶体呈现不同的相，在常温下，CH₃NH₃PbX₃晶体为四方相，禁带宽度约为1.55eV；其能带的上价带由卤素原子和Pb原子的经轨道杂化生成的σ反键组，下价带由被占据的有机分子态组成，导带底由Pb原子的外层电子组成，导带顶由未占据的有机分子态组成，有机阳离子CH₃NH₃^﹢的主要作用为电荷补偿，而Pb离子和卤素离子则主要影响导带、价带的带边和禁带的宽度。

发明内容

本发明的目的是提供一种有机-无机钙钛矿复合光伏材料的制备方法，制备的光伏材料解决了溶胶凝胶法的缝隙问题，有效的结合了有机钙钛矿与无机钙钛矿的优异性能，提高了光电转化效率。

本发明的技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种有机-无机钙钛矿复合光伏材料的制备方法，其步骤如下：

步骤1，将钛酸正丁酯溶解在无水乙醇中，然后分散剂与流平剂，搅拌均匀后得到钛酸正丁酯分散液；

步骤2，将钛酸正丁酯分散液镀膜在被钝化的基材表面，进行恒温烘干后得到均匀的透明膜；

步骤3，将透明膜表面喷洒醋酸钙的醇溶液，然后取出基材在水蒸气条件下密封反应2-4h，自然冷却并烘干后得到带有缝隙的钙钛矿薄膜；

步骤4，将带有缝隙的钙钛矿薄膜在甲胺氛围下高温高压反应2-4h，得到甲胺化的钙钛矿薄膜基材；

步骤5，将甲胺化的钙钛矿薄膜基材放入至氯化铅的醇液中，滴加少量次氯酸钠，超声反应1-3h，取出基材，经洗净后得到复合光伏材料。

所述步骤1中的钛酸正丁酯浓度为10-15mg/L，所述分散剂采用聚乙烯吡咯烷酮，加入量是钛酸正丁酯摩尔量的3-5％，所述流平剂采用三聚氰胺甲醛树脂，所述流平剂的加入量是钛酸正丁酯摩尔量的5-10％，所述搅拌速度为1000-1500r/min，搅拌时间为30-60min，该步骤将钛酸正丁酯加入无水乙醇中，并将分散剂与流平剂起到分散效果以及良好的流动性，得到稳定的钛酸正丁酯分散液。