[發明專利]室溫原位控制合成碘鉍銅薄膜的方法及由其組裝的光電轉換器件

有效

• 申請號: 201810684417.2
• 申請日: 2018-06-28
• 公開（公告）號: CN110660915B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 鄭直;張卜生;雷巖;余海麗;楊曉剛;齊瑞娟
• 申請（專利權）人: 許昌學院
• 主分類號: H10K71/12
• 分類號: H10K71/12;H10K30/50;C03C17/34;C03C17/22
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 喬宇

本發明涉及室溫原位控制合成碘鉍銅薄膜的方法及由其組裝的光電轉換器件，室溫原位控制合成碘鉍銅的方法，將具有納米金屬銅單質和鉍單質薄膜的基底材料或具有納米金屬鉍銅合金薄膜的基底材料置于盛有單質碘的密閉容器內，在氮氣氛圍、密封條件下原位、20℃～35℃反應制得碘鉍銅半導體薄膜。室溫原位控制合成的碘鉍銅組裝的光電轉換器件，包括基底層、CuBiI₄：Spiro?OMeTAD共混層和位于共混層上的金屬電極層。本發明簡單、快捷、溫和、綠色，進而與p型有機半導體Spiro?OMeTAD復合，最終組裝成太陽能電池器件。電池結構簡單，只有兩層電極和一層CuBiI₄：Spiro?OMeTAD共混層，成本低。

技術領域：

本發明屬于材料化學技術領域，尤其涉及一種室溫原位控制合成碘鉍銅薄膜和進一步由其組裝的的光電轉換器件。

背景技術：

近年來，有機-無機雜化鹵化物鈣鈦礦太陽能電池因其光吸收效率高、電荷載體遷移率高、能帶可調等優點引起了人們的廣泛關注，在短短幾年內其光電轉化效率已經達到22.7％。雖然現在所有鈣鈦礦太陽能電池中，以鉛基鹵化物鈣鈦礦作為光吸收層的光電效率最高，但是人們也注意到其仍然存在很多缺點，鉛元素有毒，易對環境造成污染，對人體產生危害，而且鉛基鈣鈦礦材料在空氣中的穩定性差，這些因素都極大限制了其發展應用。為了避免鉛的毒性和污染問題，無鉛鈣鈦礦太陽能電池逐漸引起人們的重視。

Malin?B.Johansson等將摩爾比為1:3的CsI和BiI₃溶于體積比為13/1的DMF/DMSO混合溶劑中制得前驅體溶液，之后，將鉍基鈣鈦礦前驅體溶液以3000rpm的轉速旋涂到表面有TiO₂的FTO基材上，然后在125℃的熱板上加熱30分鐘，制得CsBi₃I₁₀，組裝的glass/FTO/compact?TiO₂/mesoporous?TiO₂/CsBi₃I₁₀/P3HT/Ag太陽能電池器件獲得了0.4％的光電轉換效率。Zhipeng?Shao等將0.5M?AgI、1M?BiI₃和50uL?37％的HCl溶于1mL?DMF中并在50℃的加熱板上攪拌1h形成前驅體溶液，將該溶液以6000rpm的轉速旋涂到表面有TiO₂的FTO基底上，旋涂時間為10秒。根據旋涂之后的退火方案不同，產生不同表面形態的AgBi₂I₇薄膜。通過立即將膜轉移到150℃的加熱板上退火1h來制作表面粗糙的AgBi₂I₇薄膜。通過在室溫下將膜保持約5分鐘，然后將其轉移至150℃加熱板上退火1h，獲得表面平滑的AgBi₂I₇薄膜。組裝的glass/FTO/compact?TiO₂/AgBi₂I₇/Spiro-OMeTAD/Au太陽能電池器件獲得了0.83％的光電轉換效率。但這些制備方法都需要較高的溫度，而且制備工藝復雜，因此提供一種制備工藝簡便、反應條件溫和的方法來制備一種非鉛鈣鈦礦薄膜太陽能電池器件就顯得尤為重要。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種室溫原位控制合成CuBiI₄半導體薄膜材料的方法，和由其組裝的太陽能電池器件。

本發明為解決上述問題所采取的技術方案是：

室溫原位控制合成CuBiI₄的方法，將具有納米金屬銅單質和鉍單質薄膜的基底材料或具有納米金屬鉍銅合金薄膜的基底材料置于盛有單質碘的密閉容器內，在惰性氣氛、密封條件下原位、20℃～35℃反應制得碘鉍銅半導體薄膜。

按上述方案，所述的原位反應時間為6h～48h。

按上述方案，具有納米金屬銅單質和鉍單質薄膜的基底材料中金屬銅單質和鉍單質的厚度分別為10～100nm。