一種有機/無機雜化錫鉛混合鈣鈦礦材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種有機/無機雜化鈣鈦礦材料的制備方法，特別涉及一種基于CH3NH3PbxSn(1_x)Br3錫鉛混合鈣鈦礦結構材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]鈣鈦礦型太陽能電池是一種新型太陽能電池，其相對于晶硅電池制備成本低廉，制備過程簡單，并具有高效率的特點，成為目前太陽能電池的研宄熱點。
[0003]鈣鈦礦型太陽能電池中起到關鍵作用的是光吸收層，目前鈣鈦礦型太陽能電池光吸收層一般采用有機無機雜化材料一CH3NH3PbX3 (X = I, Br, Cl)，它具有很高的吸光系數(shù)，在光催化過程中表現(xiàn)出優(yōu)異的光電性能。但該有機無機雜化材料以鹵化鉛為主，材料鉛元素含量較大，眾所周知鉛是重金屬元素，對環(huán)境、人體均有危害，因此，需要尋找其它的元素代替鉛元素，目前已有研宄者采用Sn、Ge等鉛元素的同族元素來替代鉛元素，并獲得了相應有機無機雜化鈣鈦礦材料，但是該種材料光吸收率低、穩(wěn)定性很差。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明要解決的技術問題是提出一種制備穩(wěn)定性好，光吸收率較高，可降低鉛元素含量，以減少對環(huán)境污染的有機/無機雜化錫鉛混合鈣鈦礦材料及其制備方法。
[0005]一種有機/無機雜化錫鉛混合鈣鈦礦材料，具有以下化學式組成:CH3NH3PbxSn(1_x)Br3,其中，O彡X彡I。
[0006]所述有機/無機雜化錫鉛混合鈣鈦礦材料的化學式組成中，0.1 < X < 0.5。
[0007]一種有機/無機雜化錫鉛混合鈣鈦礦材料的制備方法，其具體步驟如下:
(1)清洗基片以FTO導電玻璃作為基片，用丙酮和無水乙醇清洗后，再用去離子水沖洗干凈，烘干；
(2)配制反應溶液
將固體甲基溴化銨(CH3NH3Br)和固體溴化亞鉛(PbBr2)、固體溴化亞錫(SnBr2)進行混合，加入到N，N-二甲基甲酰胺(DMF)溶劑中，所述甲基溴化銨與溴化亞鉛、溴化亞錫的摩爾比為1:x: (1-x)，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，攪拌均勻，得到反應溶液；將反應溶液進行脈沖電磁場處理，脈沖電壓為300V?700V，脈沖頻率為IHz?5Hz，脈沖時間60s?120s ；
(3)旋涂成膜
將經(jīng)脈沖處理的反應溶液滴加在導電玻璃基片上，分別進行低速旋涂和高速旋涂，形成一層厚度為500nm?100nm的鈣鈦礦薄膜，其中，低速旋涂的轉數(shù)為800r/min?1200r/min，旋涂時間為20s?30s ;高速旋涂的轉數(shù)為2500r/min?3500r/min，旋涂時間為30s?40s ；
(4)退火處理將步驟(3)中的旋涂好的液態(tài)膜放入真空干燥箱中，加熱至70°C?90°C，保溫30min?50min，關閉真空干燥箱電源，在真空干燥箱內(nèi)自然冷卻到室溫，得到有機無機雜化錫鉛鈣鈦礦薄膜。
[0008]所述配制反應溶液中的O < X < I。
[0009]所述配制反應溶液中的0.X < 0.5。
[0010]脈沖電磁場處理時，脈沖電壓為400V?600V，脈沖頻率為2Hz?4Hz，脈沖時間80s ?10s0
[0011]所述FTO導電玻璃的厚度為2mm?6mm。
[0012]清洗FTO導電玻璃基片時，先在丙酮中超聲清洗1min?20min，再在無水乙醇中清洗 1min ?20mino
[0013]本發(fā)明的有益效果:
(I)、制備的新型錫鉛混合鈣鈦礦材料是一種P型材料，其結晶度高，熱穩(wěn)定性好，光吸收率較高，擴寬光吸收范圍；同時極大減少鉛元素的使用量，減少了環(huán)境污染，可以作為太陽能電池光吸收層材料，具有一定應用價值。
[0014](2)、采用液相法制備新型錫鉛混合鈣鈦礦材料，并且采用脈沖電磁場加以輔助提高雜化鈣鈦礦材料的質(zhì)量，該方法制備過程簡單，制備穩(wěn)定性好，周期短、有效降低工藝成本。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明(對應實施例1)制備的CH3NH3Pba ^na9Br3雜化材料的XRD圖譜；
圖2是本發(fā)明(對應實施例2)制備的CH3NH3Pba3Sna7Br3雜化材料的XRD圖譜；
圖3是本發(fā)明(對應實施例3)制備的CH3NH3Pba5Sna5Br3雜化材料的XRD圖譜；
圖4是本發(fā)明(對應實施例3)制備的CH3NH3Pba5Sna5Br^化材料熱重分析曲線；
圖5是本發(fā)明(對應實施例3)制備的CH3NH3Pba5Sna5Br^化材料的光吸收圖譜；
圖6是本發(fā)明(對應對比例I)制備的CH3NH3SnBr3雜化材料的XRD圖譜；
圖7是本發(fā)明(對應對比例2)制備的CH3NH3PbBr3雜化材料的XRD圖譜。
【具體實施方式】
[0016]實施例1
(1)清洗基片
以厚度為3mm的FTO導電玻璃作為基片，先在丙酮中超聲清洗12min，再在無水乙醇中清洗12min，最后用去離子水沖洗干凈，烘干；
(2)配制反應溶液
取0.0lmol的固體甲基溴化銨(CH3NH3Br)和0.0Olmol固體溴化亞鉛(PbBr2)和0.009mol固體溴化亞錫(SnBr2)，加入12mL的N，N- 二甲基甲酰胺(DMF)溶液，攪拌至固體粉末全部溶解，得到反應溶液，將反應溶液進行脈沖電磁場處理，脈沖電壓為400V，脈沖頻率為2Hz，脈沖時間為80s ；
(3)旋涂成膜
將處理后的反應溶液滴加在導電玻璃基片上，用勻膠機分別進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，低速旋涂的轉數(shù)為800r/min，旋涂時間為20s ;高速旋涂的轉數(shù)為3500r/min，旋涂時間為30s ；
(4)退火處理
將步驟(3)中的旋涂好的液態(tài)膜放入真空干燥箱中，加熱至90°C，保溫30min，之后隨干燥箱自然冷卻至室溫，得到甲基胺溴化鉛錫(CH3NH3Pba !Sn0.9Br3)薄膜，其中XRD圖譜如圖1所示。經(jīng)過能譜分析可知，該化合物中Pb和Sn元素的摩爾比例約為1:9。
[0017]實施例2
(1)清洗基片
以厚度為4mm的FTO導電玻璃作為基片，先在丙酮中超聲清洗14min，再在無水乙醇中清洗14min，最后用去離子水沖洗干凈，烘干；
(2)配制反應溶液
取0.0lmol的固體甲基溴化銨(CH3NH3Br)和0.003mol固體溴化亞鉛(PbBr2)和0.007mol固體溴化亞錫(SnBr2)，加入15mL的N，N- 二甲基甲酰胺(DMF)溶液，攪拌至固體粉末全部溶解，得到反應溶液，將反應溶液進行脈沖電磁場處理，脈沖電壓為500V，脈沖頻率為3Hz，脈沖時間為90s ；
(3)旋涂成膜
將處理后的反應溶液滴加在導電玻璃基片上，用勻膠機分別進行低速旋涂和高速旋涂，形成一層厚度為700nm?800nm的媽鈦礦薄膜，其中，低速旋涂的轉數(shù)為900r/min，旋涂時間為24s ;高速旋涂的轉數(shù)為3000r/min，旋涂時間為34s ；
(4)退火處理
將步驟(3)中的旋涂好的液態(tài)膜放入真空干燥箱中，加熱至80°C，保溫40min，之后隨干燥箱自然冷卻至室溫，得到甲基胺溴化鉛錫(CH3NH3Pba3Sna7Br3)薄膜，其XRD圖譜如圖2所示。經(jīng)過能譜分析可知，該化合物中Pb和Sn元素的摩爾比例約為3:7。
[0018]實施例3
(1)清洗基片
以厚度為5mm的FTO導電玻璃作為基片，先在丙酮中超聲清洗16min，再在無水乙醇中清洗16min，最后用去離子水沖洗干凈，烘干；
(2)配制反應溶液
取0.0lmol的固體甲基溴化銨(CH3NH3Br)和0.005mol固體溴化亞鉛(PbBr2)和0.005mol固體溴化亞錫(SnBr2)，加入16