一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池光吸收層材料甲基胺溴化鉛的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽(yáng)能電池材料制備領(lǐng)域，涉及一種高結(jié)晶度鈣鈦礦太陽(yáng)能電池吸收層材料甲基胺溴化鉛的制備方法，特別是涉及一種采用脈沖電磁場(chǎng)輔助溶液法制備高結(jié)晶度鈣鈦礦太陽(yáng)能電池吸收層材料甲基胺溴化鉛的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源枯竭及環(huán)境惡化，人們急需尋找一種可替代傳統(tǒng)化石能源的新型清潔能源，太陽(yáng)能具有可持續(xù)性與無(wú)污染等優(yōu)勢(shì)，是世界各國(guó)可持續(xù)發(fā)展能源戰(zhàn)略的重要組成部分，太陽(yáng)能電池是目前利用太陽(yáng)能的主要手段。目前太陽(yáng)能電池多以第二代的單晶硅或多晶硅太陽(yáng)能電池為主，該電池存在生產(chǎn)周期長(zhǎng)、成本高，同時(shí)在晶硅制備過(guò)程中存在能耗較高及環(huán)境污染等問(wèn)題。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是一種新型的太陽(yáng)能電池，該電池原理有別于傳統(tǒng)的基于Pn結(jié)的晶硅及薄膜電池，具有高效率、低成本、簡(jiǎn)單制備等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)其電池效率不斷快速提升，由2009年鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的電池效率為3.8%提升至2015年鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的電池效率為20.2%，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ男滦吞?yáng)能電池。
[0003]有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料是鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的重要組成部分，充當(dāng)電池的光吸收層部分，具有雙極性(電子和空穴)傳輸功能。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光吸收層通常采用具有ABX3的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的甲基胺碘化鉛(CH3NH3PbI3)或甲基胺溴化鉛(CH3NH3PbBr3)，其來(lái)源廣泛、原料價(jià)格低廉并可制備柔性電池。目前，制備鈣鈦礦材料的方法主要有溶液法和共蒸發(fā)法，但是單一的溶液法很難獲得高結(jié)晶度的鈣鈦礦吸收層，共蒸發(fā)法雖能夠獲得高結(jié)晶度的鈣鈦礦吸收層，但制備成本價(jià)偏高，以上問(wèn)題造成了鈣鈦礦電池?zé)o法大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)。因此如何獲得低成本、高結(jié)晶質(zhì)量鈣鈦礦吸收層是目前鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研宄的重點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高結(jié)晶度鈣鈦礦太陽(yáng)能電池吸收層材料甲基胺漠化鉛的制備方法，該方法制備工藝簡(jiǎn)單，制備成本低廉，可提尚廣品的結(jié)晶度。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
一種高結(jié)晶度鈣鈦礦太陽(yáng)能電池吸收層材料甲基胺溴化鉛的制備方法，其具體步驟如下:
(1)清洗基片以FTO導(dǎo)電玻璃作為基片，用丙酮和無(wú)水乙醇清洗后，再用去離子水沖洗干凈，烘干；
(2)配制反應(yīng)溶液
將固體甲基溴化銨(CH3NH3Br)和固體溴化亞鉛(PbBr2)進(jìn)行混合，加入到N，N-二甲基甲酰胺(DMF)溶劑中，攪拌均勻，得到反應(yīng)溶液，所述甲基溴化銨與溴化亞鉛的摩爾比為1:2?2:1，所述甲基溴化銨與N，N- 二甲基甲酰胺的摩爾體積比為l:lmol/L?l:2mol/L ； (3)脈沖電磁場(chǎng)處理
將步驟(2)配制好的反應(yīng)溶液倒入容器中，施加脈沖電磁場(chǎng)進(jìn)行處理反應(yīng)溶液，施加脈沖時(shí)間2min?3min，脈沖電壓為500v?700v，脈沖頻率為3Hz?5Hz ；
(4)旋涂成膜
將經(jīng)脈沖處理的反應(yīng)溶液滴加在導(dǎo)電玻璃基片上，分別進(jìn)行低速旋涂和高速旋涂，形成一層厚度為500nm?800nm的媽鈦礦薄膜，其中，低速旋涂的轉(zhuǎn)數(shù)為800r/min?1200r/min，旋涂時(shí)間為20s?30s ;高速旋涂的轉(zhuǎn)數(shù)為2500r/min?3500r/min，旋涂時(shí)間為30s?40s ；
(5)退火處理
將步驟(4)中的旋涂好的液態(tài)膜放入真空干燥箱中，加熱至70°C?80°C，保溫20min?30min，得到甲基胺溴化鉛薄膜。
[0006]所述FTO導(dǎo)電玻璃的厚度為3mm?5mm。
[0007]清洗FTO導(dǎo)電玻璃基片時(shí)，先在丙酮中超聲清洗1min?20min，再在無(wú)水乙醇中清洗 1min ?20mino
[0008]本發(fā)明的有益效果:
(I)、采用脈沖電磁技術(shù)制備的甲基胺溴化鉛有機(jī)無(wú)機(jī)雜化材料具有結(jié)晶度高、純度高、致密性的優(yōu)點(diǎn)；通過(guò)熱重分析數(shù)據(jù)顯示經(jīng)過(guò)脈沖處理后的甲基胺溴化鉛有機(jī)無(wú)機(jī)雜化材料分解溫度從375°C提高到381 °C，紫外可見(jiàn)分光計(jì)數(shù)據(jù)顯示吸光寬度從300nm-674nm提高到300nm-685nm，該材料具有更好的穩(wěn)定性和光吸收性能，組裝成媽鈦礦太陽(yáng)能電池，有利于提高電池效率和穩(wěn)定性。
[0009](2)、脈沖電磁場(chǎng)技術(shù)能耗低、系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低、設(shè)備占地面積小、參數(shù)易調(diào)節(jié)、對(duì)其所處理的對(duì)象以及周?chē)h(huán)境沒(méi)有污染，是一種比較清潔環(huán)保的處理方法；采用脈沖電磁場(chǎng)處理后，極大的縮短了退火處理的保溫時(shí)間，退火處理的保溫時(shí)間僅為未采用脈沖電磁場(chǎng)處理的1/6，從而縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，節(jié)約能源，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本發(fā)明(對(duì)應(yīng)實(shí)施例1?實(shí)施例3)制備的甲基胺溴化鉛(CH3NH3PbBr3)雜化材料的XRD圖譜；
圖2是采用普通的液相法(對(duì)應(yīng)對(duì)比例I)制備的甲基胺溴化鉛(CH3NH3PbBr3)雜化材料的XRD圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0011]實(shí)施例1
(1)清洗基片
以厚度為3mm的FTO導(dǎo)電玻璃作為基片，先在丙酮中超聲清洗lOmin，再在無(wú)水乙醇中清洗lOmin，最后用去離子水沖洗干凈，烘干；
(2)配制反應(yīng)溶液
取0.0lmol的固體甲基溴化銨(CH3NH3Br)和0.02mol固體溴化亞鉛(PbBr2)，加入20mL的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液，攪拌至固體粉末全部溶解，得到反應(yīng)溶液； (3)脈沖電磁場(chǎng)處理
將步驟(2)配制好的反應(yīng)溶液倒入燒杯中，將反應(yīng)溶液施加脈沖電壓為500v，電脈沖頻率為3Hz的脈沖電磁場(chǎng)處理3min ；
(4)旋涂成膜
將經(jīng)脈沖處理的反應(yīng)溶液滴加在導(dǎo)電玻璃基片上，用勻膠機(jī)分別進(jìn)行低速旋涂和高速旋涂，形成一層厚度為500nm?600nm的媽鈦礦薄膜，其中，低速旋涂的轉(zhuǎn)數(shù)為800r/min，旋涂時(shí)間為30s ;高速旋涂的轉(zhuǎn)數(shù)為2500r/min，旋涂時(shí)間為40s ；
(5)退火處理
將步驟(4)中的旋涂好的液態(tài)膜放入真空干燥箱中，加熱至70°C，保溫20min，得到甲基胺溴化鉛(CH3NH3PbBr3)薄膜，其XRD圖譜如圖1所示，由圖可知，明顯發(fā)現(xiàn)衍射峰強(qiáng)度較高，其中主要衍射面(110)和(220)的衍射峰相對(duì)強(qiáng)度約為11000?14000 ;通過(guò)XRD計(jì)算可知，其晶粒尺寸約為96nm ;通過(guò)熱重分析，其分解溫度為381°C ;經(jīng)紫外可見(jiàn)分光計(jì)檢測(cè)，其示吸光寬度為300nm-685nmo
[0012]實(shí)施例2
(1)清洗基片
以厚度為4mm的FTO導(dǎo)電玻璃作為基片，先在丙酮中超聲清洗15min，再在無(wú)水乙醇中清洗15min，最后用去離子水沖洗干凈，烘干；
(2)配制反應(yīng)溶液
取0.0lmol的固體甲基溴化銨(CH3NH3Br)和0.0lmol的固體溴化亞鉛(PbBr2)，加入15!^的隊(duì)