[發(fā)明專利]一種鈣鈦礦復(fù)合納米纖維膜及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910400716.3
• 申請日: 2019-05-15
• 公開（公告）號: CN110230108B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 熊杰;王天偉;宋立新;尹鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江理工大學(xué)
• 主分類號: D01D5/00
• 分類號: D01D5/00;D04H1/728;D04H1/43;D04H1/4282;D04H1/4358;D06M11/13;D06M13/325;H01L51/42;H01L51/44;D06M101/24;D06M101/28;D06M101/38
• 代理公司: 浙江千克知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

本發(fā)明屬于鈣鈦礦復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鈣鈦礦復(fù)合納米纖維膜及其制備方法和應(yīng)用；其制備方法包括以下步驟：在有機(jī)溶劑中配制聚合物溶液，所述聚合物包括聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚氨酯中的至少一種；將鹵化鉛加入所述聚合物溶液中得到紡絲液，將紡絲液進(jìn)行靜電紡絲，得到鹵化鉛/聚合物納米纖維膜；將鹵化銫溶液或甲基鹵化胺溶液涂覆于鹵化鉛/聚合物納米纖維膜之上，制得鈣鈦礦復(fù)合納米纖維膜。本發(fā)明采用靜電紡絲技術(shù)結(jié)合溶液法制備了鈣鈦礦復(fù)合納米纖維膜，實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦與聚合物纖維的結(jié)合，獲得一維柔性鈣鈦礦材料，并使鈣鈦礦材料分布在納米纖維的表面，有利于鈣鈦礦材料的光吸收和電荷的分離；且制備方法簡單。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鈣鈦礦復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鈣鈦礦復(fù)合納米纖維膜及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

能源是人類賴以生存的戰(zhàn)略性基礎(chǔ)資源。太陽能電池將取之不盡、用之不竭的綠色太陽能轉(zhuǎn)換成電能備受關(guān)注。隨著納米材料科學(xué)的發(fā)展，一類新型的太陽能電池，即鈣鈦礦太陽能電池(Perovskite solar cells，PSCs)應(yīng)運(yùn)而生。經(jīng)過幾年的研究發(fā)展，鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已超過23％，應(yīng)用潛力巨大。

鈣鈦礦光吸收層是鈣鈦礦太陽能電池的核心組成部分。鈣鈦礦晶體為ABX₃結(jié)構(gòu)，在鈣鈦礦晶體中，A離子通常指的是有機(jī)陽離子CH₃NH₃⁺和無機(jī)陽離子Cs⁺位于立方晶胞的中心，被12個(gè)X離子(通常為Cl、Br或I)包圍成配位立方八面體；B離子通常為Pb²⁺位于立方晶胞的角頂，被6個(gè)X離子包圍成配位八面體，配位數(shù)為6。

目前最常用的鈣鈦礦光吸收層薄膜的制備方法為溶液旋涂法和雙源共蒸發(fā)法。溶液旋涂法包括配料、高速旋轉(zhuǎn)、溶劑揮發(fā)成膜三個(gè)步驟，通過控制勻膠的時(shí)間、轉(zhuǎn)速加速度、滴液量以及所用溶液的濃度、粘度來控制成膜的厚度。旋涂法是依靠襯底旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力及重力作用，將落在襯底上的涂料液滴全面流布于襯底表面的涂覆過程。然而，旋涂法只適用于在平面狀襯底上制備單側(cè)涂層，且一般旋涂襯底面積不宜過大。雙源共蒸發(fā)法制備的鈣鈦礦薄膜厚度比較均一。但是雙源共蒸發(fā)法的制備工藝比較復(fù)雜、能耗較高。另外，無論是旋涂法還是雙源共蒸發(fā)法，鈣鈦礦薄膜的制備過程中必須沉積在特定的基底上。

靜電紡絲是一種簡便易行的制備連續(xù)納米纖維的方法，其制備的納米纖維的直徑小，形貌結(jié)構(gòu)可控，表面積大。因此，靜電紡絲技術(shù)在能源、催化和環(huán)境等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。因此，靜電紡制備鈣鈦礦納米纖維膜備受關(guān)注。如申請?zhí)枮?01510221419.4的專利文獻(xiàn)公開了一種鈣鈦礦納米纖維膜太陽能電池及其制備方法，其中制備方法包括：通過高分子為絡(luò)合劑，將鈣鈦礦前驅(qū)體溶液直接靜電紡絲制備得到有機(jī)-無機(jī)雜化鉛鹵基納米纖維膜，作為鈣鈦礦太陽電池光吸收層。如Chen等采用同軸靜電紡絲以鈣鈦礦為核、高聚物為皮的皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合納米纖維膜，然而其制備的復(fù)合納米纖維中，鈣鈦礦位于納米纖維內(nèi)部，由于聚合物的遮擋，抑制其光捕獲效率，從而降低了光生載流子的產(chǎn)生效率；并且聚合物完全阻擋鈣鈦礦與電荷傳輸層的有效接觸，抑制電荷的轉(zhuǎn)移，限制其在太陽能電池等領(lǐng)域的應(yīng)用。利用共混靜電紡絲法，如申請?zhí)枮?01810359252.1的專利文獻(xiàn)公開了一種復(fù)合熒光納米纖維膜的制備方法，其制得的復(fù)合熒光納米纖維膜，依然會造成鈣鈦礦位于纖維內(nèi)部。因此，鈣鈦礦在納米纖維表面結(jié)晶的形成一維結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦納米纖維膜成為鈣鈦礦納米纖維膜研究的重點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

基于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明提供一種鈣鈦礦復(fù)合納米纖維膜及其制備方法和應(yīng)用。

為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種鈣鈦礦復(fù)合納米纖維膜的制備方法，包括以下步驟：

S1、在有機(jī)溶劑中配制聚合物溶液，所述聚合物包括聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚氨酯中的至少一種；

S2、將鹵化鉛加入所述聚合物溶液中得到紡絲液，將紡絲液進(jìn)行靜電紡絲，得到鹵化鉛/聚合物納米纖維膜；