[發明專利]一種水系鈣鈦礦光電轉換系統

有效

• 申請號: 202110350695.6
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN113193116B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 張磊;李卓軒;胡文廣
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: H10K85/50
• 分類號: H10K85/50;H10K85/00;H10K30/50;H10K30/60;H10K50/10;B01J35/00;B01J31/38;C25B1/04
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 曹翠珍

本發明屬于光電材料領域，具體涉及一種水系鈣鈦礦光電轉換系統，該系統通過香豆素染料和鈣鈦礦CHsubgt;3/subgt;NHsubgt;3/subgt;PbIsubgt;3/subgt;材料的強耦合提升鈣鈦礦材料的水相光電性質。本發明的水系鈣鈦礦光電轉換系統結構簡單，原材料容易獲得，且系統在水溶液中的光電流比單一染料敏化鈣鈦礦薄膜增加40%，比單一鈣鈦礦薄膜產生的光電流高幾個數量級，其香豆素染料共敏鈣鈦礦的方案可以應用于包括太陽能電池、光電探測器、發光二極管、光催化劑和水分解系統等領域。

技術領域

本發明屬于光電材料領域，具體涉及一種水系鈣鈦礦光電轉換系統。

背景技術

近些年來，環境污染以及能源危機的問題日益加劇，使得開發新型清潔能源已經迫在眉睫，太陽能作為一種可持續再生能源，其清潔、高效的特點受到人們的青睞。而作為具有良好光電特性的鈣鈦礦材料成為制作太陽能電池的優選材料。目前以鈣鈦礦薄膜材料為基礎的太陽能電池光電轉化效率已經超越傳統硅太陽能電池，且鈣鈦礦太陽能電池制備成本遠低于其他類型太陽能電池，因此將來鈣鈦礦太陽能電池很有可能取代傳統硅太陽能電池。

而鹵化物鈣鈦礦薄膜在空氣和水溶液中的光電化學性能差，限制了其在工業領域的應用。1991年提出了利用光致電子轉移(photoinduced?electron?transfer)的染料敏化光化學電池(光電轉換裝置)，由于這種光電轉換裝置具有高的光電轉換效率、不需要大型制造系統并且可使用價格低廉的材料以良好的生產能力進行簡單的制造，因而期待其作為下一代太陽能電池。日本專利JP2009081141A公開了一種染料敏化光電轉換裝置，其中提到，一種染料不能夠達到足夠的光吸收率，那么可考慮使用吸收波長特性彼此不同的多種染料作為光敏染料，然而，當多種染料在一個半導體層上混合并使用時，實際上幾乎在所有情況下都將使光電轉換效率下降，這是因為，通過染料之間電子轉移等從吸收電子獲得電流的比率，即量子產率明顯下降。

香豆素及其衍生物具有優良的熒光量子效率、高的摩爾吸光系數以及大的Stoke位移，廣泛地應用于塑料著色、彩色熒光涂料、太陽能聚集器的彩色熒光樹脂，以及感光材料、光敏材料、光盤記錄材料等高新技術領域。由于在可見光區響應度高、太陽光照射下穩定性好，香豆素類染料分子作為一類發展前景良好的染料敏化劑受到了廣泛關注。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種水系鈣鈦礦光電轉換系統，其中提出了一個新的概念“共敏鈣鈦礦”，即采用染料共敏策略，通過兩種商用香豆素染料提高鈣鈦礦薄膜的光電性能，本發明還提供了該水系鈣鈦礦光電轉換系統的制備方法。

本發明解決其技術問題采用的技術方案是：

一種水系鈣鈦礦光電轉換系統，選取含有羧基和吡啶錨定基團的香豆素雙染料吸附于鉛鹵鈣鈦礦膜表面以提高其水相光電性能。

上述水系鈣鈦礦光電轉換系統，是通過如下步驟制備而成：

1）將FTO導電玻璃清洗、烘干，將TiO₂勻漿刮涂在FTO導電面上，加熱到目標溫度，保溫反應之后自然降至室溫，得到覆有TiO₂電子傳輸層的系統基底；

2）取碘化鉛、甲胺氫碘酸鹽以及DMF溶劑，均勻混合，攪拌，得到鈣鈦礦溶液；

3）將步驟2）所得鈣鈦礦溶液滴加在步驟1）所得覆有TiO₂電子傳輸層的系統基底上，烘干后得到攜載有鈣鈦礦薄膜的系統基底；

4）將步驟3）中系統基底放入香豆素343染料和香豆素510染料的混合溶液中敏化后取出自然風干。

作為本申請的優選技術方案，所述步驟1）中，清洗時間為0.5小時，烘干溫度為40℃，目標溫度為450~500℃，加熱速率為5℃/min，保溫時間為0.5小時。

作為本申請的優選技術方案，所述步驟2）中，攪拌時間為0.5小時，鈣鈦礦溶液濃度為0.1M。