[發明專利]一種二元金屬復合鈣鈦礦材料、制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201511000522.2
• 申請日: 2015-12-24
• 公開（公告）號: CN105514278B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發明（設計）人: 陳煒;徐堯;王歡
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;杭州眾能光電科技有限公司
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 廖盈春

技術領域

本發明屬于鈣鈦礦太陽能電池技術領域，具體涉及三種二元金屬復合鈣鈦礦材料(Mg-Pb、Ca-Pb、Ba-Pb)以及該三種材料在異質結太陽能電池中的應用，其有效的減少了鈣鈦礦材料中的有毒重金屬Pb²⁺含量，降低了對環境的危害，有利于該類型電池的大規模產業化的應用。

背景技術

隨著不可再生能源的日益枯竭，能源消耗的不斷增加，能源問題已經成為當前人類社會生存和發展面臨的重大挑戰。太陽能是一種取之不盡、用之不竭的無污染能源，而太陽能電池則是利用光生伏特效應將太陽能直接轉換為電能的一種有效裝置。研發高效低成本的新型太陽能電池，是實現光伏發電廣泛應用的技術基礎，也是目前新能源技術發展的重要趨勢。

近幾年，新型鈣鈦礦太陽能電池技術發展迅速。從2009年日本科學家Miyasaka報道液態鈣鈦礦CH₃NH₃PbI₃太陽能電池3.8％的光電轉換效率，到2015年韓國Soek等認證20.1％的鈣鈦礦太陽能電池效率，鈣鈦礦太陽能電池效率提升十分迅猛，引起了科學界和產業界的廣泛關注。這種電池具有原材料來源廣泛、制作工藝簡單、成本低廉和穩定性高等優點，因而很有可能在不遠的將來在光伏產業中成為一種極具競爭力的商業化產品。

在現有的鈣鈦礦太陽能電池中，作為吸光層的鈣鈦礦材料，其金屬離子通常100％由Pb²⁺組成，例如：CH₃NH₃PbI₃、NH₂CH＝NH₂PbI₃、CH₃NH₃PbCl₃等。這種鈣鈦礦材料因含有大量的有毒重金屬Pb²⁺，存在嚴重的環境污染等問題，不利于鈣鈦礦太陽能電池的大規模產業化應用。因此，研發Mg-Pb、Ca-Pb、Ba-Pb二元金屬復合鈣鈦礦材料在環境保護和市場化應用方面具有重大的意義。

發明內容

針對目前鉛鹵鈣鈦礦太陽能電池的環境污染問題，本申請提供三種低鉛含量鈣鈦礦材料及制備方法，以及在太陽能電池領域的各種應用方法，在保證電池的光電轉換效率的同時，推動鈣鈦礦太陽能電池的環境友好發展。

本發明提出三種Mg-Pb、Ca-Pb、Ba-Pb復合鈣鈦礦材料，所述材料為鈣鈦礦結構，其表達式可用表示，其中0<m<1，A為或中的一種；B¹為Pb²⁺；B²為Mg²⁺、Ca²⁺或Ba²⁺中的一種；X至少為Cl^-、Br^-或I^-中的一種。

優選地，所述材料由鹵化甲基胺(或者鹵化甲脒)、鹵化鉛、鹵化鎂(或者鹵化鈣、鹵化鈣)，溶解在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亞砜(DMSO)或者γ-丁內酯溶劑中，然后將溶劑蒸發得到。

優選地，所述材料中，兩種金屬鹵化物(B¹X₂、B²X₂)的物質的量之和，與有機鹵化物(鹵化甲基胺或者鹵化甲脒)的物質的量之比為1:1～1:3；所述兩種金屬鹵化物混合物中，B¹X₂(鹵化鉛)所占比例為10～90％、B²X₂(鹵化鎂、鹵化鈣或者鹵化鈣)所占比例為90～10％；所述兩種金屬鹵化物(B¹X₂、B²X₂)、有機鹵化物(鹵化甲基胺或者鹵化甲脒)溶解在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亞砜(DMSO)或者γ-丁內酯溶劑中，所述兩種金屬鹵化物(B¹X₂、B²X₂)、有機鹵化物(鹵化甲基胺或者鹵化甲脒)占溶液總質量的10％～60％，然后通過將溶劑蒸發得到B¹-B²(Mg-Pb、Ca-Pb、Ba-Pb)二元金屬復合鈣鈦礦材料。

按照本發明，提供了一種對應的Mg-Pb、Ca-Pb、Ba-Pb復合鈣鈦礦材料的制備方法，該制備方法包括以下步驟：