[發(fā)明專利]一種制備高結(jié)晶度鈣鈦礦的方法及其產(chǎn)品應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010317444.3
• 申請日: 2020-04-21
• 公開（公告）號: CN111509129B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁永波;崔少文
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: H01L51/46
• 分類號: H01L51/46;C07C209/68;C07C211/27;C07C211/04
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務(wù)所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;林毓俊

本發(fā)明公開了一種制備高結(jié)晶度鈣鈦礦的方法及其產(chǎn)品應(yīng)用，包括以下步驟：(1)制備4主族金屬鹵化鹽溶液、鹵化有機鹽溶液；(2)制備鹵化有機鹽?有機陽離子的混合液；(3)制備金屬鹵化鹽?抑制劑?添加劑的混合溶液；(4)將步驟(2)中的鹵化有機鹽?有機陽離子的混合液與步驟(3)中的金屬鹵化鹽?抑制劑?添加劑的混合溶液混合均勻后，靜置老化，得到二維/準二維層狀鈣鈦礦溶液；(5)將步驟(4)中的二維/準二維層狀鈣鈦礦溶液通過涂膜法制備于基體上，退火處理后，得到鈣鈦礦。本發(fā)明通過介入結(jié)晶抑制劑調(diào)控晶體結(jié)晶速率，提高A位離子運輸和組裝的速度與鈣鈦礦結(jié)晶速度的匹配度，進而減少晶體結(jié)構(gòu)的紊亂，提高鈣鈦礦的結(jié)晶度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域，具體涉及一種制備高結(jié)晶度鈣鈦礦的方法及其產(chǎn)品應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著能源危機和環(huán)境污染的逐漸加劇,人們對可再生能源的需求也越來越大.在風(fēng)電、水電、地熱能、生物質(zhì)能和太陽能等各種可再生能源中，太陽能是安全，無污染，不受地理條件限制,應(yīng)用范圍最廣，最有發(fā)展前途的一種在太陽能的有效利用中，太陽能光伏轉(zhuǎn)換是近些年來發(fā)展最快、最具活力的研究領(lǐng)域。光伏器件可以幫助我們將太陽能轉(zhuǎn)換成可以直接使用的電能，是人類社會解決環(huán)境問題,應(yīng)對能源危機以及尋求可持續(xù)發(fā)展的重要對策。

有機無機鈣鈦礦太陽能電池作為第三代太陽能電池的明星成員之一，由于其可以通過改變組成的元素來調(diào)節(jié)材料的帶隙，可以很好的與太陽光譜匹配從而具有高的吸收系數(shù)，長的載流子擴散長度；以及良好的遷移率等優(yōu)異的光伏性能，使得鈣鈦礦太陽能電池迅速成為21世紀太陽能研究領(lǐng)域的新寵，越來越多的學(xué)者投身鈣鈦礦的研究中。在最近幾年，鈣鈦礦太陽能電池的轉(zhuǎn)換率飛快進步，鈣鈦礦太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率已從2009年最初報道的3.8％提高到目前已認證的25.2％，接近晶硅太陽能電池效率，具有極好的商業(yè)前景。近幾年由于鈣鈦礦環(huán)境穩(wěn)定性的問題，F(xiàn)A、Cs、以及PEA、BA等大體積有機陽離子作為A位離子的鈣鈦礦越來越受到大家的廣泛關(guān)注，隨之而來的是由于A位陽離子的復(fù)雜化而導(dǎo)致的晶體結(jié)晶度下降的問題，而晶體的結(jié)晶度直接影響著鈣鈦礦太陽能電池的性能。比如提高晶體的結(jié)晶度可以減少晶界缺陷，提高電荷的傳輸速率，延長載流子的復(fù)合壽命，而結(jié)晶度的降低可能會導(dǎo)致薄膜覆蓋率降低，出現(xiàn)孔洞以及晶粒不均勻晶界增多等問題。

關(guān)于提高鈣鈦礦薄膜結(jié)晶度方法的研究一直是大家關(guān)注的熱點。比如前驅(qū)溶液中加入添加劑、反溶劑工程、通過高溫退火或者溶劑退火重結(jié)晶等。然而以上研究并無法有效解決由于A位陽離子的復(fù)雜化而導(dǎo)致的晶體結(jié)晶度下降的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的提供一種通過調(diào)節(jié)鈣鈦礦晶體生長速率制備高結(jié)晶度鈣鈦礦的方法及其產(chǎn)品應(yīng)用。

本發(fā)明這種制備高結(jié)晶度鈣鈦礦的方法，包括以下步驟：

(1)分別稱取4主族金屬的金屬鹵化鹽，鹵化有機鹽溶解于溶劑中，分別得到金屬鹵化鹽溶液、鹵化有機鹽溶液，其中4主族的金屬鹵化鹽為PbX和SnX中的一種，鹵化有機鹽為MAX(鹵化甲胺)、FAX(鹵化甲脒)、DMAX(鹵化二甲胺)中的一種；

(2)將大體積有機陽離子加入步驟(1)所得鹵化有機鹽溶液中，得到鹵化有機鹽-有機陽離子的混合液；

(3)稱量結(jié)晶抑制劑溶解于溶劑中，得到抑制劑溶液，將抑制劑溶液與步驟(1)中的金屬鹵化鹽溶液進行混合，得到金屬鹵化鹽-抑制劑的混合溶液；將添加劑加入到金屬鹵化鹽-抑制劑的混合溶液，加熱至完全溶解后，得到金屬鹵化鹽-抑制劑-添加劑的混合溶液；

(4)將步驟(2)中的鹵化有機鹽-有機陽離子的混合液與步驟(3)中的金屬鹵化鹽-抑制劑-添加劑的混合溶液混合均勻后，靜置老化，得到二維/準二維層狀鈣鈦礦前驅(qū)溶液；

(5)將步驟(4)中的二維/準二維層狀鈣鈦礦前驅(qū)溶液通過涂膜法制備于基體上，退火處理后，得到二維/準二維層狀鈣鈦礦。