CN110391338A - 一种二维锗锡混合钙钛矿材料及合成和应用 - Google Patents

一种二维锗锡混合钙钛矿材料及合成和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN110391338A
CN110391338A CN201810356375.XA CN201810356375A CN110391338A CN 110391338 A CN110391338 A CN 110391338A CN 201810356375 A CN201810356375 A CN 201810356375A CN 110391338 A CN110391338 A CN 110391338A
Authority
CN
China
Prior art keywords
germanium
perovskite material
mixing perovskite
dimentional
dimension
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810356375.XA
Other languages
English (en)
Inventor
韩克利
邓伟侨
程鹏飞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Original Assignee
Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian Institute of Chemical Physics of CAS filed Critical Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority to CN201810356375.XA priority Critical patent/CN110391338A/zh
Publication of CN110391338A publication Critical patent/CN110391338A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/10—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising heterojunctions between organic semiconductors and inorganic semiconductors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K2102/00—Constructional details relating to the organic devices covered by this subclass
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种二维锗锡混合钙钛矿材料，其步骤包括将碘化苯乙胺、含锡化合物、含锗化合物加入到氢碘酸和次磷酸的混合溶液中，混合物在氮气保护下100℃～120℃搅拌3～5h；反应结束后，冷却至室温，快速抽滤，将得到的晶体放入真空烘箱中60℃～80℃保持18～24h。本发明制备方法简单，解决了铅基二维钙钛矿的毒性问题，在光伏领域具有良好的应用前景。

Description

一种二维锗锡混合钙钛矿材料及合成和应用
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种新型太阳能电池材料及合成和应用。
背景技术
二维有机-无机钙钛矿材料具有高的稳定性和独特的光电性质，已成为材料领域的研究热点。与三维有机-无机钙钛矿相比，二维有机-无机钙钛矿的有机组分不受容忍因子规则的限制，因此可以更加灵活地调控结构和物理性质。经过几十年的发展，铅基二维有机-无机钙钛矿已被广泛用于制备发光二极管、太阳能电池和光电探测器等设备。尽管性能优异，但铅的环境毒性是阻碍其商业化的主要障碍。
从环境保护的角度出发，发展无铅的二维有机-无机钙钛矿势在必行。目前，无铅二维钙钛矿的研究大都集中在锡基二维有机-无机钙钛矿上。然而，作为与铅和锡具有相似电子构型的第四主族元素，锗却很少被用于发展二维有机-无机卤化物钙钛矿。
发明内容
本发明的目的在于提供一种二维锗锡混合钙钛矿材料及其制备方法，该材料制备简单，环保无毒，光电性能优异，有望用于太阳能电池等光电器件。
一种二维锗锡混合钙钛矿材料，其中，所述二维锗锡混合钙钛矿材料的化学式为(PEA)2Ge0.5Sn0.5I4，PEA为苯乙胺(C6H5CH2CH2NH2)，该二维钙钛矿结构是由有机的苯乙胺层和无机的碘化锗/碘化锡混合层依次交替组成，层与层之间由范德华力连接，层间距为1.65nm。
所述二维锗锡混合钙钛矿材料的制备方法如下：
按所需计量比将碘化苯乙胺、含锡化合物、含锗化合物加入到氢碘酸和次磷酸的混合溶液中，混合物在氮气保护下100℃～120℃搅拌3～5h。反应结束后，冷却至室温，抽滤，将得到的晶体放入真空烘箱中60℃～80℃保持18～24h。用能量色散X射线能谱仪检测产物的成分可知，其中锗锡原子比为1:1。
所述的二维锗锡混合钙钛矿材料的合成方法，其中，在制备过程中所用的含锡化合物为二碘化锡、四碘化锡或氧化锡中的一种或二种以上。
所述的二维锗锡混合钙钛矿材料的合成方法，其中，在制备过程中所用的含锗化合物为二碘化锗、四碘化锗或氧化锗中的一种或二种以上。
所述的二维锗锡混合钙钛矿材料的合成方法，其中，在制备过程中：每合成1mmol(PEA)2Ge0.5Sn0.5I4需要3～5ml 55～58wt.％氢碘酸水溶液和3～5ml 50～55wt.％次磷酸水溶液。
所述的二维锗锡混合钙钛矿材料的光学带隙，经固体-紫外吸收光谱检测为1.95eV，可作为吸光材料适合用于太阳能电池吸光层中。
所述的二维锗锡混合钙钛矿材料可以发出室温荧光，经稳态荧光光谱仪检测荧光峰的位置在655nm，可作为活性层适合用于太阳能电池或发光二极管等设备中。
所述的二维锗锡混合钙钛矿材料经霍尔效应测量仪测试，其电导率为1.1×10-3S/cm。
所述的二维锗锡混合钙钛矿材料经X射线衍射检测，可以在25℃、50％相对湿度下稳定超过15h。
有益效果：本发明提供一种环保无毒的二维锗锡混合钙钛矿材料，锡元素取代了部分锗元素，使得制备的二维锗锡混合钙钛材料具有更大的吸光范围和更好的导电性，具有很好的光电应用前景。
附图说明
图1为本发明一种二维锗锡混合钙钛矿材料的粉末XRD衍射谱图以及单晶的扫描电子显微镜图像。
图2为本发明一种二维锗锡混合钙钛矿材料的紫外-可见吸收光谱及室温稳态荧光光谱。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施案例对本发明做进一步描述：
实施例1
将498.2mg碘化苯乙胺、186.3mg二碘化锡和52.3mg氧化锗加入到4ml氢碘酸(57wt.％水溶液)和4ml次磷酸(50wt.％水溶液)的混合溶液中，混合物在氮气保护下100℃搅拌5h。反应结束后冷却至室温，快速抽滤，将得到的晶体放入真空烘箱中70℃保持24h。
经粉末XRD衍射测试和扫描电子显微镜观察，如图1所示，获得的二维锗锡混合钙钛矿材料结晶度高，具有明显的层状结构。该二维钙钛矿结构是由有机的苯乙胺层和无机的碘化锗/碘化锡混合层交替组成，层与层之间由范德华力连接，层间距为1.65nm，有机层厚度1.03nm，无机层厚度0.62nm。
实施列2
将498.2mg碘化苯乙胺、75.4mg氧化锡和290.1mg四碘化锗加入到5ml氢碘酸(57wt.％水溶液)和5ml次磷酸(50wt.％水溶液)的混合溶液中，混合物在氮气保护下120℃搅拌4h。反应结束后冷却至室温，快速抽滤，将得到的晶体放入真空烘箱中80℃保持20h。
经粉末XRD衍射测试和扫描电子显微镜观察，该二维钙钛矿结构是由有机的苯乙胺层和无机的碘化锗/碘化锡混合层交替组成，层与层之间由范德华力连接，层间距为1.65nm，有机层厚度1.03nm，无机层厚度0.62nm。
经紫外-可见吸收测试(文献1：Cheng P F，Tao W，Han K L,et al.Combiningtheory and experiment in the design of a lead-free((CH3NH3)2AgBiI6)doubleperovskite.[J].New J.Chem.,2017,41,9598—9601。)和稳态荧光测试(文献2：Brandt RE，Kunchin R C，Buonassisi T，et al.Investigation of Bismuth Triiodide(BiI3)forPhotovoltaic Applications.[J].J.Phys.Chem.Lett.，2015,6,4297-4302。)，如图2所示，获得的二维锗锡混合钙钛矿材料在可见光范围内具有较宽的吸收光谱，并且显示出明显的室温荧光。
以上所述的实施例只是本发明的较佳方案，仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种二维锗锡混合钙钛矿材料，其特征在于，所述二维锗锡混合钙钛矿材料的化学式为(PEA)2Ge0.5Sn0.5I4，其中PEA为苯乙胺(C6H5CH2CH2NH2),该二维钙钛矿结构是由有机的苯乙胺层和无机的碘化锗/碘化锡混合层依次交替组成，层与层之间由范德华力连接，层间距为1.65nm。
2.一种权利要求1所述的二维锗锡混合钙钛矿材料的合成方法，其特征在于，按照以下步骤进行：
(一)按所需计量比将碘化苯乙胺、含锡化合物、含锗化合物加入到氢碘酸和次磷酸的混合溶液中，混合物在氮气保护下100℃～120℃搅拌3～5h；
(二)反应结束后，冷却至室温，抽滤，将得到的晶体放入真空烘箱中60～80℃保持18～24h。
3.根据权利要求2所述的二维锗锡混合钙钛矿材料的合成方法，其特征在于：制备过程中所用的含锡化合物为二碘化锡、四碘化锡或氧化锡中的一种或二种以上。
4.根据权利要求2所述的二维锗锡混合钙钛矿材料的合成方法，其特征在于：制备过程中所用的含锗化合物为二碘化锗、四碘化锗或氧化锗中的一种或二种以上。
5.根据权利要求2所述的二维锗锡混合钙钛矿材料的合成方法，其特征在于制备过程中：每合成1mmol(PEA)2Ge0.5Sn0.5I4需要3～5ml 55～58wt.％氢碘酸水溶液和3～5ml 50～55wt.％次磷酸水溶液。
6.一种权利要求1所述的二维锗锡混合钙钛矿材料的应用，其特征在于该材料的光学带隙为1.95eV，可作为吸光材料适合用于太阳能电池吸光层中。
7.一种权利要求1所述的二维锗锡混合钙钛矿材料的应用，其特征在于该材料可以在室温下发出荧光，荧光峰的位置在655nm，可作为活性材料适合用于太阳能电池或发光二极管等设备中。
8.一种权利要求1所述的二维锗锡混合钙钛矿材料，其特征在于：该材料的电导率为1.1×10-3S/cm。
9.一种权利要求1所述的二维锗锡混合钙钛矿材料，其特征在于该材料的可以在25℃、50％相对湿度下稳定超过15h。
CN201810356375.XA 2018-04-19 2018-04-19 一种二维锗锡混合钙钛矿材料及合成和应用 Pending CN110391338A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810356375.XA CN110391338A (zh) 2018-04-19 2018-04-19 一种二维锗锡混合钙钛矿材料及合成和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810356375.XA CN110391338A (zh) 2018-04-19 2018-04-19 一种二维锗锡混合钙钛矿材料及合成和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110391338A true CN110391338A (zh) 2019-10-29

Family

ID=68283944

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810356375.XA Pending CN110391338A (zh) 2018-04-19 2018-04-19 一种二维锗锡混合钙钛矿材料及合成和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110391338A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110862702A (zh) * 2019-11-05 2020-03-06 南京邮电大学 无铅锡基卤化物钙钛矿薄膜、其制备方法及其应用
CN113831914A (zh) * 2020-06-24 2021-12-24 中国科学院大连化学物理研究所 铜掺杂零维全无机锌卤化合物材料及合成和应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030170918A1 (en) * 2002-03-08 2003-09-11 International Business Machines Corporation Low temperature melt-processing of organic-inorganic hybrid
CN106098943A (zh) * 2016-06-27 2016-11-09 华北电力大学 一种高稳定混合维钙钛矿材料及应用
CN106784324A (zh) * 2016-12-23 2017-05-31 上海科技大学 一种低维锡卤化物钙钛矿及其制备和应用
CN106883845A (zh) * 2017-04-10 2017-06-23 北京理工大学 一种钙钛矿微晶发光材料、制备方法及其应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030170918A1 (en) * 2002-03-08 2003-09-11 International Business Machines Corporation Low temperature melt-processing of organic-inorganic hybrid
CN106098943A (zh) * 2016-06-27 2016-11-09 华北电力大学 一种高稳定混合维钙钛矿材料及应用
CN106784324A (zh) * 2016-12-23 2017-05-31 上海科技大学 一种低维锡卤化物钙钛矿及其制备和应用
CN106883845A (zh) * 2017-04-10 2017-06-23 北京理工大学 一种钙钛矿微晶发光材料、制备方法及其应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MING-GUANG JU ET AL.: ""Lead-Free Mixed Tin and Germanium Perovskites for Photovoltaic Application"", 《JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY》 *
PENGFEI CHENG ET AL.: ""(C6H5C2H4NH3)2GeI4: A Layered Two-Dimensional Perovskite with Potential for Photovoltaic Applications"", 《J. PHYS. CHEM. LETT.》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110862702A (zh) * 2019-11-05 2020-03-06 南京邮电大学 无铅锡基卤化物钙钛矿薄膜、其制备方法及其应用
CN110862702B (zh) * 2019-11-05 2021-07-30 南京邮电大学 无铅锡基卤化物钙钛矿薄膜、其制备方法及其应用
CN113831914A (zh) * 2020-06-24 2021-12-24 中国科学院大连化学物理研究所 铜掺杂零维全无机锌卤化合物材料及合成和应用
CN113831914B (zh) * 2020-06-24 2023-10-27 中国科学院大连化学物理研究所 铜掺杂零维全无机锌卤化合物材料及合成和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Meng et al. Chemical composition and phase evolution in DMAI-derived inorganic perovskite solar cells
Xiao et al. Photovoltaic properties of two-dimensional (CH3NH3) 2Pb (SCN) 2I2 perovskite: a combined experimental and density functional theory study
Liao et al. α-and β-A2Hg3M2S8 (A= K, Rb; M= Ge, Sn): Polar quaternary chalcogenides with strong nonlinear optical response
Peng et al. Selective luminescence response of a zero-dimensional hybrid antimony (III) halide to solvent molecules: Size-effect and supramolecular interactions
Luo et al. Spatially heterogeneous chlorine incorporation in organic–inorganic perovskite solar cells
CN106025067B (zh) 一种溶液法生成钙钛矿薄膜的成膜方法及其器件应用
CN108948089B (zh) 一种具有光电效应的金属有机杂化钙钛矿材料及应用
Sheets et al. Facile synthesis of BiCuOS by hydrothermal methods
Draskovic et al. 2H-CuScO2 prepared by low-temperature hydrothermal methods and post-annealing effects on optical and photoelectrochemical properties
CN108400249A (zh) 一种基于高透明导电镍酸镧空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN110194718B (zh) 一种高度稳定铅基有机-无机杂化钙钛矿纳米片制备方法
Lintangpradipto et al. Single-Crystal Methylammonium-Free Perovskite Solar Cells with Efficiencies Exceeding 24% and High Thermal Stability
CN110391338A (zh) 一种二维锗锡混合钙钛矿材料及合成和应用
CN107829138A (zh) 一种基于混合阳离子的立方相有机无机钙钛矿单晶材料、制备方法及其应用
Jurow et al. Controlling morphology and molecular packing of alkane substituted phthalocyanine blend bulk heterojunction solar cells
Dang et al. Layered Perovskite (CH3NH3) 2Pb (SCN) 2I2 Single crystals: Phase transition and moisture stability
Febriansyah et al. Hybrid 2D [Pb (CH3NH2) I2] n coordination polymer precursor for scalable perovskite deposition
CN110491996A (zh) 一种基于氨基喹啉类离子液体的二维碳基钙钛矿太阳能电池
Wang et al. Recent progress of the optoelectronic properties of 2D Ruddlesden-Popper perovskites
Novikov et al. Tellurium complex polyhalides: narrow bandgap photoactive materials for electronic applications
Zhang et al. Revealing the role of bifunctional molecules in crystallizing methylammonium lead iodide through geometric isomers
Shele et al. Solvothermal synthesis and properties of three antimony chalcogenides containing transition metal zinc
Wang et al. Bulk heterojunction quasi-two-dimensional perovskite solar cell with 1.18 V high photovoltage
CN108384027B (zh) 一种具有乙酰丙酮荧光响应的锌-有机框架及制备方法
CN102897722A (zh) 一种α-In2Se3纳米花球溶剂热合成方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20191029