[發明專利]一種銅鎵硒納米晶及利用其制得的鈣鈦礦太陽能電池

在審

• 申請號: 202110376307.1
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113104819A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 張振龍;毛艷麗;馬夢恩;馬文博
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: C01B19/00
• 分類號: C01B19/00;H01L51/00;H01L51/42
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 張麗

本發明公開一種銅鎵硒納米晶及利用其制得的鈣鈦礦太陽能電池，其中，CuGaSe₂納米晶的制備方法，過程如下：（1）將等摩爾量的碘化亞銅和碘化鎵加入三頸燒瓶中，然后再加入油胺和十八烯，向三頸燒瓶中通入氮氣，攪拌溶解，將溶液溫度緩慢升至115~125℃，保溫5~15 min，然后繼續升溫至230~250℃；（2）將Se的前驅體溶液加入步驟（1）所得溶液里，230~250℃保持15分鐘~25分鐘，Se的加入量為碘化亞銅摩爾數的2.3~2.5倍；（3）反應結束后開始降低溫度，當反應溶液溫度降至85~95℃時，將正己烷加入反應溶液里，繼續降低溫度至室溫；（4）洗滌、離心，然后干燥，即得。

技術領域

本發明屬于材料化學和生物學技術領域，具體涉及一種銅鎵硒納米晶及利用其制得的鈣鈦礦太陽能電池。

背景技術

近十多年來，鈣鈦礦太陽能電池受到人們的青睞，因為鈣鈦礦太陽電池具有光電轉換效率高、制備方法簡單、吸收系數大等優點。目前鈣鈦礦電池的轉換效率已經達到25.5%，接近于工業化硅基太陽能電池的轉換效率。鈣鈦礦太陽電池從結構上可分為p-i-n型和n-i-p型。n-i-p型鈣鈦礦電池一般由電子傳輸層、鈣鈦礦層和空穴傳輸層組成。空穴傳輸層的作用是從鈣鈦礦層里抽取光生空穴，并將其傳輸至電極。在高效率的n-i-p型鈣鈦礦電池中，空穴傳輸層一般有采用有機聚合物材料，如：Spiro-OMeTAD、PTAA等。但是這些有機材料的電導率比較低，在使用的時候需要添加一些添加劑，如：雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰（Li-TFSI）。而Li-TFSI具有吸濕性，會使鈣鈦礦太陽電池的穩定性變差。另外，這些有機材料價格非常昂貴，主要是因為合成過程復雜，純度要求高，從而使得鈣鈦礦太陽電池的成本較高。要實現鈣鈦礦電池的工業化，必須解決這些問題，就是提高電池穩定性，降低電池的成本。

解決上述問題的途徑之一就是采用無機空穴傳輸層代替有機空穴傳輸層，制備鈣鈦礦太陽電池。因為無機空穴傳輸材料具有化學性質穩定、電導率高和價格便宜的優點。近年來，有一些p型無機半導體材料作為空穴傳輸層被應用于n-i-p型鈣鈦礦電池中，但是效率一般都不太高。因此，繼續尋找和開發一些新型無機空穴傳輸材料成為當務之急。CuGaSe₂是一種p型半導體材料，具有作為空穴傳輸材料應用于鈣鈦礦電池的潛能。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種銅鎵硒納米晶及利用其制得的鈣鈦礦太陽能電池。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

一種CuGaSe₂納米晶的制備方法，過程如下：

（1）將等摩爾量的碘化亞銅（CuI) 和碘化鎵（GaI₃）加入三頸燒瓶中，然后再加入油胺和十八烯，向三頸燒瓶中通入氮氣，攪拌溶解，將溶液溫度緩慢升至115~125℃，保溫5~15 min，油胺和十八烯的加入體積相同，然后繼續升溫至230~250℃；

（2）將Se的前驅體溶液加入步驟（1）所得溶液里，230~250℃保持15分鐘~25分鐘，Se的前驅體溶液是將Se粉溶解在二苯基膦中獲得的；Se的加入量為碘化亞銅摩爾數的2.3~2.5倍；

（3） 反應結束后開始降低溫度，當反應溶液溫度降至85~95℃時，將正己烷加入反應溶液里，繼續降低溫度至室溫；

（4）以丙酮和乙醇作為洗滌劑，采用離心的方法將CuGaSe₂納米晶分離出來，然后干燥，即得。

優選地，碘化亞銅和碘化鎵的加入量為0.6mmol時，油胺和十八烯的加入量均為12mL，正己烷的加入量為20mL。

優選地，Se的前驅體溶液中Se在二苯基膦中的濃度為38 mg/ml。

上述制備方法制得的CuGaSe₂納米晶。

以上述CuGaSe₂納米晶作為空穴傳輸層制備鈣鈦礦太陽能電池的方法，過程如下：