[發(fā)明專利]環(huán)境友好的鉛基鈣鈦礦復(fù)合材料、制備方法及太陽電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110640534.0
• 申請(qǐng)日: 2021-06-09
• 公開（公告）號(hào): CN113462111B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李昌治;牛奔放
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): C08L33/26
• 分類號(hào): C08L33/26;C08K3/16;C08K5/19;C08K5/29;C08J5/18;H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本發(fā)明公開了一種境友好的鉛基鈣鈦礦復(fù)合材料、制備方法及太陽電池。利用一種“除溶劑?制膜?退火”的加工工藝，通過丙烯酰胺(AAm)在鈣鈦礦層晶化過程中原位聚合，將難以溶解加工的聚丙烯酰胺(PAM)引入制的鈣鈦礦?聚合物復(fù)合材料，制備得到高性能的鈣鈦礦太陽電池。鈣鈦礦?聚合物復(fù)合材料中原位聚合的聚丙烯酰胺遇水后能與鈣鈦礦中鉛離子形成物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，抑制鈣鈦礦浸水后鉛離子逃逸。相比于傳統(tǒng)的鈣鈦礦太陽電池，具有高效和環(huán)保特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光活性復(fù)合材料和太陽電池，尤其涉及了一種具有更少鉛污染的鉛基鈣鈦礦復(fù)合材料以及其制備的太陽能電池。

背景技術(shù)

實(shí)現(xiàn)太陽能到電能的高效轉(zhuǎn)換一直以來都具備極為重要的研究意義。硅基太陽能電池是目前發(fā)展最為成熟的體系，但是其生產(chǎn)過程會(huì)造成環(huán)境污染，同時(shí)硅電池的單節(jié)效率也發(fā)展到了極限。因此，開發(fā)新型太陽能電池體系，用來取代硅電池或與其進(jìn)行疊層是近年來眾多領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

以有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦為光活性層的鉛基鈣鈦礦太陽電池是目前新型太陽能電池中發(fā)展最為迅速的品種，具有相對(duì)較高的光電轉(zhuǎn)化效率和可大規(guī)模制備的前景。但是此類太陽能電池活性層中含有大量的水溶性鉛離子，電池結(jié)構(gòu)一旦發(fā)生損壞，鉛元素必然會(huì)隨雨水?dāng)U散，嚴(yán)重威脅當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境衛(wèi)生安全，這對(duì)鈣鈦礦太陽能電池的商業(yè)化應(yīng)用構(gòu)成了很大的阻礙。

現(xiàn)有技術(shù)中，可以開發(fā)具有重金屬螯合功能的封裝材料來抑制鉛離子的逃逸，但是這種方法沒有改變活性層的污染性本質(zhì)，而且要求鉛離子擴(kuò)散過程中必須接觸到封裝材料，可靠性較差。也可以開發(fā)無鉛的鈣鈦礦活性層，但是目前無鉛體系的性能指標(biāo)都比較低，短時(shí)間內(nèi)不具備大規(guī)模商業(yè)化的前景。因此，在高性能體系(鉛基)基礎(chǔ)上開發(fā)一種新工藝，從而抑制活性層本身的鉛離子逃逸十分重要。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了鈣鈦礦復(fù)合材料的方法，用來同時(shí)解決效率和鉛逃逸的問題。運(yùn)用本發(fā)明提出的制備工藝，重金屬螯合劑PAM成功地被復(fù)合進(jìn)含鉛鈣鈦礦材料之中，從而抑制了鈣鈦礦材料本身的鉛逃逸，進(jìn)而開發(fā)出了環(huán)境友好的高效鈣鈦礦太陽能電池。

本發(fā)明具體采用的技術(shù)方案如下：

第一方面，本發(fā)明提供了一種環(huán)境友好的鉛基鈣鈦礦復(fù)合材料，該復(fù)合材料為聚丙烯酰胺(PAM)與鈣鈦礦通過晶界交聯(lián)錨固形成的復(fù)合物；所述的鈣鈦礦為ABX₃型鈣鈦礦，其中A位為銫離子(Cs⁺)、甲胺陽離子(MA⁺)、甲脒陽離子(FA⁺)中的一種或多種；B位為鉛離子(Pb²⁺)；X位為氯離子(Cl^-)、溴離子(Br^-)、碘離子(I^-)中的一種或多種。

第二方面，本發(fā)明提供了一種環(huán)境友好的鉛基鈣鈦礦復(fù)合材料的制備工藝，其步驟如下：

以溶有丙烯酰胺(AAm)、自由基引發(fā)劑和鈣鈦礦前驅(qū)體的前驅(qū)體溶液，在基底上用前驅(qū)體溶液制備濕膜，并對(duì)濕膜進(jìn)行限制丙烯酰胺揮發(fā)下的除溶劑處理；然后在去除溶劑后的膜層上覆蓋阻止丙烯酰胺揮發(fā)的保護(hù)層，再整體加熱至聚合溫度進(jìn)行退火處理，完成鈣鈦礦的結(jié)晶和丙烯酰胺的聚合，在基底和保護(hù)層之間形成由聚丙烯酰胺與鈣鈦礦通過晶界交聯(lián)錨固形成的鉛基鈣鈦礦復(fù)合材料。

作為上述第二方面的優(yōu)選，所述前驅(qū)體溶液中的溶劑為N,N二甲基甲酰胺(DMF)或二甲基亞砜(DMSO)或氮甲基吡咯烷酮(NMP)中的一種或多種。

作為上述第二方面的優(yōu)選，所述前驅(qū)體溶液通過旋涂方式在基底上形成濕膜。

作為上述第二方面的優(yōu)選，所述限制丙烯酰胺揮發(fā)下的除溶劑處理方式為氣流干燥或低于聚合溫度的預(yù)退火；優(yōu)選的，如果采用氣流干燥則可以采用前驅(qū)體溶液旋涂成膜過程中產(chǎn)生的氣流實(shí)現(xiàn)干燥；優(yōu)選的，如果采用預(yù)退火，則預(yù)退火溫度控制為60～100℃，進(jìn)一步優(yōu)選為75～85℃。