[发明专利]带晕环SP-MOF晶体、制备方法及钙钛矿太阳能电池

说明书

本发明公开一种规则斜六边柱形Pb‑MOF晶体，含有Pb、C、O元素，其原子个数百分比分别为5‑10％、55‑60％和35‑40％；底面正六边形的边长为5‑10nm，柱体高度为1‑3nm，斜侧面与底面间的倾斜夹角为40‑60°；一种规则斜六边柱形带晕环的SP‑MOF晶体，含有Pb、C、N、O元素，其原子个数百分比分别为1‑5％、75‑80％、3‑5％和15‑20％，底面正六边形的边长为1.2‑1.5μm，柱体高度为0.7‑1μm，斜侧面与底面间的倾斜夹角为40‑60°，且在晶体外围具有50‑60nm宽度的晕环。将SP‑MOF应用到钙钛矿太阳能电池的空穴传输层，可以提高电池的耐湿性以及光电转换效率。

技术领域

本发明涉及一种带晕环SP-MOF晶体、制备方法及钙钛矿太阳能电池，属于材料合成领域。

背景技术

金属有机框架材料，是将中心金属离子或中心金属团簇与有机配体通过自组装过程形成的晶态多孔材料。与传统的无机多孔材料相比，金属有机框架(MOFs)材料具有更大的孔隙率和比表面积，尤其是可调节的孔径以及可变的功能基团。它结合了无机与有机材料的特点，在存储、催化、传感器、气体吸附与分离等领域具有潜在的价值。MOFs的研究涉及有机化学、无机化学、配位化学、材料化学、生命科学以及计算机科学等领域，近年来受到越来越多的关注。

近几年，科研工作者在MOFs的合成方面作了较多努力，如合理的选择金属中心以及有机配体使MOF具有多种多样的结构和功能。目前MOFs普遍通过水热或溶剂热的方法，将相互独立的金属离子与有机配体合成为纳米材料。同时为了加快材料的结晶过程，以获得更小的粒径，人们也研究出了新方法，如微波辅助合成法、电化学合成法、超声合成法等。目前得到的MOF材料大部分是使用了新配体或合成的框架材料，其具有新颖的拓扑结构。金属有机框架材料的合成，主要受金属离子、配体、阴离子、温度、pH值的成份及反应配比等影响，每个因素的变化都可能导致晶体结构的改变。

在中国专利“一种以金属有机框架为模板的锂电池负极材料的制备方法”(公开号CN105932285A)中，制备Pb-MOF(铅基MOF)时，需将摩尔比为1:2的有机配体4-对甲基苯基-吡啶氧化物与Pb(NO₃)₂(硝酸铅)溶解于体积比为1:1的DMF(N,N-二甲基甲酰胺)和水的混合溶剂中，于反应釜80℃下反应24h。然而，该种方法制备得到的Pb-MOF为非晶结构，且残留多种杂质。

现有文献中，Congyang Zhang等人[Nature Communications(2017,8:1138)]提到一种Pb-MOF的制备方法，即将摩尔比为1:1的1,3,5-H₃BTC(均苯三甲酸)与Pb(NO₃)₂溶解在水溶液中，超声30min。之后过滤得到的沉淀物，用乙醇洗涤，干燥。报道中1,3,5-H₃BTC使用高功率超声方式分散，加入无水乙醇后，采用抽滤的方式获得Pb-MOF，然而，其制备的Pb-MOF也为形状不规则的非晶结构。

在太阳能电池中，空穴传输层不仅用于提升其光电转换性能，而且还可通过阻止水分或氧气渗透到钙钛矿层以下，从而提高器件在环境中的长期稳定性。Spiro-OMeTAD(2,2',7,7'-四-二甲氧基二苯胺-螺芴，简写为SP)作为一种新型空穴运输材料，在太阳能电池中应用广泛，但由于其载流子转移能力较低，抗湿性较差，需要对其进行改良。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种带晕环SP-MOF晶体、制备方法及钙钛矿太阳能电池，解决了金属有机框架的非晶性以及基于纯SP空穴传输层的钙钛矿电池在湿润环境下稳定性低的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的一种Pb-MOF晶体，所述Pb-MOF晶体为规则斜六边柱形，所述Pb-MOF晶体中含有Pb、C、O元素，其原子个数百分比分别为5-10％、55-60％和35-40％。