CN107134528A - 一种钙钛矿光吸收材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种钙钛矿光吸收材料及其制备方法，属于材料技术领域；本发明将GeO2加入到氢卤酸溶液，再加入次磷酸溶液并反应，然后再加入铷盐并反应，固液分离、洗涤、干燥即得RbGeX3钙钛矿光吸收材料，其中，X为Br或I；本发明制备的钙钛矿光吸收材料（RbGeX3），极大地扩展了钙钛矿光电材料的种类和范围，可显著增大可见光范围内的光吸收系数，提高光电转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种钙钛矿光吸收材料及其制备方法，属于材料技术领域。
背景技术
随着人类社会的高速发展，人们对于能源的需求也迅速增加，有限的传统化石能源大量消耗而日益枯竭并引起了环境污染及全球气温变暖等一系列问题，引发了人们对可持续能源的迫切需求。能源开发为人类文明可持续发展提供重要保障，太阳能作为一种清洁的、取之不尽的能源恰好可以很好地解决目前日益尖锐的环境与能源之间的矛盾。如何充分利用太阳能，已成为世界各国科学家关注的焦点，而如何提高太阳能电池的光电转化效率来降低光伏发电成本，是目前光伏领域的核心研究课题。传统的硅基太阳能电池虽然实现了产业化，有着较为成熟的市场，但其性价比还无法与传统能源相竞争，并且制造过程中的污染和能耗问题影响了其广泛应用。因此，研究和发展高效率、低成本的太阳能电池十分必要。
近年来，有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池，在短短几年内实现了光电转换效率的飙升，成为目前太阳能电池的研究热点之一。CH3NH3PbX3最重要的特点是廉价、可溶液制备，便于采用不需要真空条件的卷对卷技术大规模制备，但是CH3NH3PbX3对环境具有较大的污染，环保性能差。Hao and Stoumpos等报道了基于CH3NH3SnI3钙钛矿光吸收材料半导体的固态光伏装置，以spiro-OMeTAD作为空穴传输层；Noel and Stranks等制备出基于介孔TiO2层的CH3NH3SnI3钙钛矿太阳能电池，光电转化效率达到6%。但是，Sn的致命缺陷是其不稳定性，在使用时极易氧化，进而丧失光电转换功能。这类材料具有一定的毒性，容易对环境造成污染。含锗钙钛矿是一类全新的光电转换材料，在染料敏化太阳能电池中有着非常好的应用前景。CsGeI3是最近研究得较多的一种材料，但是CsGeI3的缺点是制备时成膜质量差，且易于氧化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种的含铷钙钛矿光吸收材料，该钙钛矿光吸收材料化学通式为RbGeX3，其中，X为Br或I。
本发明的另一目的在于提供上述的含铷钙钛矿光吸收材料的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）将GeO2加入到氢碘酸或氢溴酸中得到酸溶液A；
（2）在温度为95~100℃条件下，在步骤（1）所得溶液A中加入次磷酸溶液并反应8~10min；
（3）在温度为95~100℃条件下，在步骤（2）得到的反应溶液中加入铷盐并反应8~10min，固液分离、洗涤、干燥即得钙钛矿光吸收材料；
所述步骤（1）中氢碘酸或氢溴酸溶液的浓度为6~8 mol/L，酸溶液A中Ge4+离子的浓度为0.013~0.015mol/L；
步骤（2）中次磷酸溶液的浓度为0.0182~0.0184mol/mL，溶液A与次磷酸溶液的体积比为9.5~10.5:1；
所述步骤（3）中铷盐与GeO2的摩尔比为1:1，铷盐为溴化铷或碘化铷；
本发明的有益效果：
（1）本发明制备出了钙钛矿光吸收材料（RbGeX3），极大地扩展了钙钛矿光电材料的种类和范围，显著增大可见光范围内的光吸收系数，提高光电转换效率；
（2）本发明采用Rb取代Pb，降低了钙钛矿光吸收材料的毒性，有利于保护环境；克服了CH3NH3SnI3钙钛矿光吸收材料的不稳定性、极易氧化的缺陷；也克服了CsGeI3钙钛矿光吸收材料的成膜质量差，易于氧化的缺陷；
（3）本发明方法的工艺简单、操作流程短、对环境无污染，易于实现规模化生产。
附图说明
图1为本发明实施例1~2的RbGeBr3、RbGeI3钙钛矿材料和传统的CH3NH3PbI3光敏层的光吸收系数图谱。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。
实施例1：RbGeBr3钙钛矿光吸收材料的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）将GeO2加入到氢溴酸溶液中得到酸溶液A，其中氢溴酸溶液的浓度为6mol/L，酸溶液A中Ge4+离子的浓度为0.015mol/L；
（2）在温度为95℃条件下，在步骤（1）所得溶液A中加入次磷酸溶液并反应8 min，其中次磷酸溶液的浓度为0.0182mol/mL，溶液A与次磷酸溶液的体积比为10.5:1；
（3）在温度为95℃条件下，在步骤（2）得到的反应溶液中加入铷盐（铷盐为溴化铷）并反应8min，其中铷盐（溴化铷）与GeO2的摩尔比为1:1，固液分离、洗涤、干燥即得RbGeBr3钙钛矿光吸收材料；
本实施例制备的RbGeBr3钙钛矿光吸收材料的光吸收系数图谱如图1所示，从图1可知，与传统的CH3NH3PbI3光敏层相比，RbGeBr3钙钛矿光敏层在400~800 nm可见光范围内的吸收系数平均提高了25倍。
实施例2：RbGeI3钙钛矿光吸收材料的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）将GeO2加入到氢碘酸溶液中得到酸溶液A，其中氢碘酸溶液的浓度为8mol/L，酸溶液A中Ge4+离子的浓度为0.013mol/L；
（2）在温度为100℃条件下，在步骤（1）所得溶液A中加入次磷酸溶液并反应10min，其中次磷酸溶液的浓度为0.0184 mol/mL，溶液A与次磷酸溶液的体积比为9.5:1；
（3）在温度为100℃条件下，在步骤（2）得到的反应溶液中加入铷盐（铷盐为碘化铷）并反应10min，其中铷盐（碘化铷）与GeO2的摩尔比为1:1，固液分离、洗涤、干燥即得RbGeI3钙钛矿光吸收材料；
本实施例制备的RbGeI3钙钛矿光吸收材料的光吸收系数图谱如图1所示，从图1可知，与传统的CH3NH3PbI3光敏层相比，RbGeI3钙钛矿光敏层在400~800 nm可见光范围内的吸收系数平均提高了11倍。
实施例3：RbGeBr3钙钛矿光吸收材料的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）将GeO2加入到氢溴酸溶液中得到酸溶液A，其中氢溴酸溶液的浓度为7mol/L，酸溶液A中Ge4+离子的浓度为0.014mol/L；
（2）在温度为96℃条件下，在步骤（1）所得溶液A中加入次磷酸溶液并反应8 min，其中次磷酸溶液的浓度为0.0183mol/mL，溶液A与次磷酸溶液的体积比为9.8:1；
（3）在温度为96℃条件下，在步骤（2）得到的反应溶液中加入铷盐（铷盐为溴化铷）并反应9 min，其中铷盐（溴化铷）与GeO2的摩尔比为1:1，固液分离、洗涤、干燥即得RbGeBr3钙钛矿光吸收材料；
本实施例制备的RbGeBr3钙钛矿光吸收材料与传统的CH3NH3PbI3光敏层相比，RbGeBr3钙钛矿光敏层在400~800 nm可见光范围内的吸收系数平均提高了24倍。
实施例4：RbGeI3钙钛矿光吸收材料的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）将GeO2加入到氢碘酸溶液中得到酸溶液A，其中氢碘酸溶液的浓度为7mol/L，酸溶液A中Ge4+离子的浓度为0.014mol/L；
（2）在温度为98℃条件下，在步骤（1）所得溶液A中加入次磷酸溶液并反应9min，其中次磷酸溶液的浓度为0.0183mol/mL，溶液A与次磷酸溶液的体积比为10.2:1；
（3）在温度为98℃条件下，在步骤（2）得到的反应溶液中加入铷盐（铷盐为碘化铷）并反应10min，其中铷盐（碘化铷）与GeO2的摩尔比为1:1，固液分离、洗涤、干燥即得RbGeI3钙钛矿光吸收材料；
本实施例制备的RbGeI3钙钛矿光吸收材料与传统的CH3NH3PbI3光敏层相比，RbGeI3钙钛矿光敏层在400~800 nm可见光范围内的吸收系数平均提高了10倍。
Claims (5)
1.一种钙钛矿光吸收材料，其特征在于：该钙钛矿光吸收材料化学通式为RbGeX3，其中，X为Br或I。
2.权利要求1所述的钙钛矿光吸收材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将GeO2加入到氢碘酸或氢溴酸中得到酸溶液A；
（2）在温度为95~100℃条件下，在步骤（1）所得溶液A中加入次磷酸溶液并反应8~10min；
（3）在温度为95~100℃条件下，在步骤（2）得到的反应溶液中加入铷盐并反应8~10min，固液分离、洗涤、干燥即得钙钛矿光吸收材料。
3.根据权利要求2所述的钙钛矿光吸收材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中氢碘酸或氢溴酸溶液的浓度为6~8 mol/L，酸溶液A中Ge4+离子的浓度为0.013~0.015mol/L。
4.根据权利要求3所述的钙钛矿光吸收材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中次磷酸溶液的浓度为0.0182~0.0184mol/mL，溶液A与次磷酸溶液的体积比为9.5~10.5:1。
5.根据权利要求4所述的钙钛矿光吸收材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中铷盐与GeO2的摩尔比为1:1，铷盐为溴化铷或碘化铷。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20170905 |