[发明专利]一种薄层状钙钛矿结构的光伏材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种薄层状钙钛矿结构的光伏材料及其制备方法，属于光伏材料领域，特别属于钙钛矿结构的光伏材料的领域。本发明通过在钙钛矿结构的晶体的合成过程中，加入诱导剂，于适当的温度与pH值下，使原本为立方晶系的钙钛矿结构的晶体发生畸变从而得到薄层状堆叠形态的钙钛矿结构的晶体。本发明提出的制备方法过程简单、操作简易，得到的薄层状钙钛矿结构的晶体电子传输效率高，应用于太阳能电池中时光电转化率高，电子损耗小，传输效率高。

本申请是申请号为201510959659.4、申请日为2015年12月21日、发明创造名称为“一种薄层状钙钛矿结构的光伏材料及其制备方法”的专利的分案申请。

技术领域

本发明属于光伏材料领域，特别属于钙钛矿结构的光伏材料的领域。

背景技术

光伏材料是指能够将太阳能转换为电能的材料，主要为能够通过“光生伏特效应”将太阳能转换为电能的半导体材料，包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、GaAs、InP、CdS、CdTe等。其中硅基材料的光电转化率相对较高，但同时其制造成本也较高，而砷化镓等半导体材料原料稀少、制备效率低、稳定性差，在实际应用中受到了较大的限制。

钙钛矿结构的材料于2009年起首次作为光伏材料应用，其原料一般为廉价的铅、卤素、及胺盐，材料的禁带宽度较小，表现出良好的应用前景，其光电转化率从最初的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％。

在使用钙钛矿结构的材料作为光伏材料时，目前使用较多的是将完整的钙钛矿结构的晶体的溶液在基底上进行涂覆的方法，或将完整的钙钛矿结构的晶体负载于能够提高分散能力、增大光电转换面积同时能够提供电子传输通道的载体上，如公布号为CN104091888A的中国专利文件《一种钙钛矿结构型太阳能电池及其制备方法》中提出了一种将钙钛矿晶体负载于TiO2介孔中的技术方案，这一技术方案增大了在应用中钙钛矿晶体的有效转换面积，增加了电子传输通道，部分解决了晶体溶液直接涂覆的缺陷，能获得较高的理论效率，但该方案仍然需要借助于新的材料的制备，过程较复杂，干扰可能较大。

钙钛矿结构的晶体多为立方晶系或八面体晶系，其结构规整严密，在作为光伏材料使用时能够直接产生光生电流的有效比表面积较小，在外电场作用下电子传输过程中的定向性不够理想，会出现部分电子的损耗，如果能增大其直接产生光生电流的有效比表面积，增强电子传输的定向性，将能够在现有基础上进一步提高钙钛矿结构的晶体作为光伏材料使用时的光电转化效率。

调节晶体的形态是一种比较有效的改变晶体性能的手段，常见的方法包括引发晶格畸变和晶型转变，其可以通过化学/生物诱导剂诱导产生，也可以直接通过改变反应温度、进行热处理、施加外力作用等方式产生，其中改变反应温度、进行热处理等方式属于物理作用，一般多用于不同晶体形态间能量差异不大，转变相对较容易的情况下，而使用诱导剂进行晶格畸变或晶型转变则可以产生出晶体一般情况下难以出现的形态或难以稳定存在的形态。

根据需要对晶体形态进行的调整，诱导剂可以选用不同的类型，如生物大分子、表面活性剂、有机添加剂等等，在确定了适当的诱导剂后，对反应过程的控制亦是非常重要的，因晶体的生长是一个微小细致容易产生变动的过程，不同的反应参数将得到不同的结果，或者某些情况下完全无法得到稳定的结果。

发明内容

基于现有技术中的缺陷，本发明希望提出一种非立方或八面体晶系、能够有效提高光电转化效率的钙钛矿结构的光伏材料，并同时公开其制备方法，本发明通过以下技术方案实现上述目的：

本发明首先公开了一种薄层状钙钛矿结构的光伏材料的制备方法，包括以下步骤：

1)诱导剂溶液的配制

将阳离子表面活性剂使用溶剂去离子水配制成溶液，所述溶液的浓度为其CMC值的200％～300％，即得到诱导剂溶液；