[发明专利]一种质子化氮化碳的制备方法及在碳基钙钛矿太阳能电池中的应用

说明书

本发明公开了一种质子化氮化碳的制备方法及在碳基钙钛矿太阳能电池中的应用，将三聚氰胺，研磨，以一定的升温速率升至500～550℃反应2～3h，再升至550～600℃反应6～7h，冷却，得到氮化碳；用盐酸溶液溶解氮化碳，超声30～60min，搅拌3～4h，依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤，离心至pH为6.8‑7.2，干燥产物；将干燥产物用浓硝酸溶解，搅拌反应1～2h，超声4～6h，依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤，离心至pH为6.8‑7.2，干燥，研磨，得到质子化氮化碳。通过将本发明制备的质子化氮化碳在碳基钙钛矿太阳能电池中的应用，其中，当添加1.8wt％的质子化氮化碳时的钙钛矿太阳能电池的效率提升最为明显，最高可达到6.61％，与未掺杂添加剂的钙钛矿太阳能电池效率(4.48％)相比，效率提升了47.5％。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种质子化氮化碳的制备方法及在碳基钙钛矿太阳能电池中的应用。

背景技术

随着经济的飞速发展，能源的需求也日趋增加。化石能源的过度使用不仅会造成能源枯竭，还会严重污染人类的生存环境，因此开发利用清洁能源就显得尤为重要。太阳能因具有清洁无污染，资源丰富等优点得到了广泛关注。太阳能的利用方式主要包括光热转换、光化学转换、光电转换和光生物转换四种途径。光电转化的主要应用形式为太阳能电池，其中钙钛矿太阳能电池具有成本低廉，制备工艺简单，光电转换效率高等优点。传统的钙钛矿太阳能电池是以贵金属作为对电极，这就使太阳能电池的成本居高不下。目前有使用碳材料代替贵金属作为太阳能电池的对电极，但是碳基钙钛矿太阳能电池的效率较低，为了进一步提高碳基钙钛矿太阳能电池的光电转换效率，需要对碳基钙钛矿太阳能电池进行进一步的研究探索。

发明内容

本发明提供一种质子化氮化碳的制备方法及在碳基钙钛矿太阳能电池中的应用，以解决碳基钙钛矿太阳能电池的光电转换效率低的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种质子化氮化碳的制备方法，包括以下步骤：

S1：将三聚氰胺，研磨，以一定的升温速率升至500～550℃反应2～3h，再以一定的升温速率升至550～600℃反应6～7h，冷却，得到氮化碳；

S2：将步骤S1中所述的氮化碳用盐酸溶液溶解，超声30～60min，搅拌3～4h，依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤，离心至pH为6.8-7.2，然后在60～70℃下干燥24～36h；

S3：将步骤S2中所述干燥的产物用浓硝酸溶解，搅拌反应1～2h，超声4～6h，依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤，离心至pH为6.8-7.2，干燥，研磨，得到质子化氮化碳。

进一步地，所述步骤S1中的一定的升温速率均为2～4℃/min。

进一步地，所述步骤S2中，所述的氮化碳与盐酸溶液的质量比为0.05-0.1；所述的盐酸溶液的浓度为3～4mol/L。

进一步地，所述步骤S3中，所述的浓硝酸的浓度为86％～97％，所述干燥的温度为60～70℃。

一种质子化氮化碳的制备方法制备的质子化氮化碳在碳基钙钛矿太阳能电池中的应用。

本发明的一种质子化氮化碳的制备方法及在碳基钙钛矿太阳能电池中的应用，通过在碳基钙钛矿太阳能电池中掺杂质子化氮化碳，解决了碳基钙钛矿太阳能电池效率低的问题。其中，质子化的过程使大片层的氮化碳变为小颗粒的质子化氮化碳，同时在氮化碳表面引入活性基团-NH₂/NH₃；小颗粒的质子化氮化碳位于钙钛矿晶界处，其表面的活性基团-NH₂/NH₃和钙钛矿表面的N-H键发生强化学作用(氢键)，钝化电子陷阱，增强钙钛矿结晶，提高太阳能电池的光电转换效率；与未掺杂质子化氮化碳的钙钛矿太阳能电池效率(4.48％)相比，当添加1.8wt％的质子化氮化碳时钙钛矿太阳能电池的效率提升最为明显，最高可达到6.61％，效率提升了47.5％。