[發明專利]一種改性的鈣鈦礦結構的光電轉化材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201510959703.1
• 申請日: 2015-12-21
• 公開（公告）號: CN105514284A
• 公開（公告）日: 2016-04-20
• 發明（設計）人: 陳慶;曾軍堂;葉任海;陳兵
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: H01L51/46
• 分類號: H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于光電轉化材料領域，特別屬于鈣鈦礦結構的光電轉化材料領域。

背景技術

光電轉化材料主要進行光能與電能間的轉換，經過幾十年的發展，目前主要的光 電轉化材料包括單晶/多晶硅、砷化鎵、碲化鎘、銅銦鎵硒、敏化染料等，除了單晶/多晶硅 外，其它類型的光電轉化材料多需要使用一些獲取較困難，資源稀有的原材料，制備效率較 低，材料穩定性較差，使得其在實際應用中受到限制，而較早使用的單晶硅/多晶硅材料生 產成本較高，因此尋找新的光電轉化材料一直是研究熱點。

鈣鈦礦結構的材料于2009年起首次作為光電轉化材料應用，其原料一般為廉價的 鉛、鹵素、及胺鹽，材料的禁帶寬度較小，表現出良好的應用前景，其光電轉化率從最初的 3.8%發展到15.9%僅用了不到5年的時間，已經逐步接近硅基光電轉化材料的效率，部分學 者進一步預言了其光電轉化效率將很快超過單晶硅類的光電轉化材料，達到30%。

在使用鈣鈦礦結構的材料作為光電轉化材料時，如果使用單純的鈣鈦礦結構的晶 體的溶液在基底上進行涂覆的方法，容易出現溶液中鈣鈦礦結構的晶體顆粒分散過多則容 易團聚，分散少則光電轉化能力低的現象，難以得到理想的應用性能，同時長期應用中涂覆 上去的作為吸光材料使用的鈣鈦礦晶體層與基底材料間的粘合作用也會減弱從而出現與 基底材料的脫離，這也制約了鈣鈦礦結構的材料作為光電轉化材料的應用能力。

為了解決這一問題，部分研究對改性的鈣鈦礦結構的光電轉化材料進行了深入， 如公布號為CN104091888A的中國專利文件《一種鈣鈦礦結構型太陽能電池及其制備方法》 中提出了一種將鈣鈦礦晶體負載于TiO₂介孔中的技術方案，這一技術方案增大了在應用中 鈣鈦礦晶體的有效量，部分解決了晶體溶液直接涂覆的缺陷，能獲得較高的理論效率，但該 方案中鈣鈦礦晶體在TiO₂介孔中的分布情況是難以控制的，鈣鈦礦晶體顆粒仍然可能出現 在表面堆積的情況。

水滑石（LDHs）是由層間陰離子及帶正電荷的層板堆積而成的化合物，其層板主體 上由二價或三價的金屬陽離子通過化學鍵連接，層間可進行陰離子的交換，通過在層板內 陽離子的替換與層間陰離子的交換，LDHs可以形成超分子插層結構的材料，有效地將兩種 或兩種以上的結構統合在一起。LDHs同時具有記憶效應，即將LDHs在適當的溫度下進行熱 分解后其獲得的氧化物在一定條件下可以回復LDHs最初的形態；酸堿雙性等等性能。這些 性能使其成為一種有效的調節多分子間連接形態的介質。

目前LDHs的制備方法包括共沉淀法，即通過將構成LDHs層板的金屬離子混合溶液 在堿性條件下與含有組分中的陰離子基團的溶液混合發生共沉淀并進行晶化得到LDHs的 方法；單滴法，即將構成LDHs的金屬離子的混合鹽溶液滴入飽和度一直維持在高位水平的 堿溶液中，在強攪拌下收集沉淀晶化的方法；離子交換法，將已有的LDHs作為前驅體，加入 目標LDHs的陰離子與前驅體的陰離子進行交換的方法，其它的方法還包括雙滴法、水熱合 成法、焙燒復原法等等。

發明內容

基于現有技術中的缺陷，本發明提出一種晶體分布均勻、分布形態能夠較好控制、 電子傳輸效率高、光電轉化效率較高的鈣鈦礦結構的光電轉化材料，并同時公開其制備方 法，本發明通過以下技術方案實現上述目的：

本發明首先提出了一種改性的鈣鈦礦結構的光電轉化材料，該光電轉化材料由化學式 為ABX₃的鈣鈦礦結構晶體與水滑石復合而成，其中A表示CH₃NH₃，B表示Pb，X表示Cl、Br、I中 的一種或多種，所述B的離子均勻鑲嵌于所述水滑石的層板上，所述X的離子與A的離子均勻 分布于所述水滑石的層間，A、B、X之間通過化學鍵相互連接。