CN115895640A - 一种纳米中空碳球修饰的钙钛矿微晶及其制备方法 - Google Patents

一种纳米中空碳球修饰的钙钛矿微晶及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115895640A
CN115895640A CN202211553220.8A CN202211553220A CN115895640A CN 115895640 A CN115895640 A CN 115895640A CN 202211553220 A CN202211553220 A CN 202211553220A CN 115895640 A CN115895640 A CN 115895640A
Authority
CN
China
Prior art keywords
hollow carbon
perovskite
microcrystal
nano hollow
modified
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
CN202211553220.8A
Other languages
English (en)
Inventor
黄延伟
肖立中
胡昊
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.)
Shanghai Institute of Technology
Original Assignee
Shanghai Institute of Technology
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 Shanghai Institute of Technology filed Critical Shanghai Institute of Technology
Priority to CN202211553220.8A priority Critical patent/CN115895640A/zh
Publication of CN115895640A publication Critical patent/CN115895640A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • 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

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种纳米中空碳球修饰的钙钛矿微晶及其制备方法。所述钙钛矿微晶呈立方块状形貌，中空碳球填充在钙钛矿微晶颗粒间隙或附着在表面界面，分布均匀。制备方法为：将正硅酸四乙酯经过溶液配制、搅拌加热、密封静置、离心、煅烧、刻蚀得到的粒径均匀的纳米中空碳球配置成溶剂分散液；将PbBr2和CsBr原料溶解，加入表面活性剂、乙酸、的分散液和甲苯，离心，提纯，将其制成前驱体溶液旋涂到衬底上，置于加热盘上或退火炉，得到中空碳球修饰的钙钛矿微晶薄膜。纳米中空碳球的引入可改善钙钛矿粉末和薄膜的质量，可以有效钝化薄膜表面缺陷，降低载流子的非辐射复合，进而提高其作为光吸收层的钙钛矿太阳能电池的转换效率。

Description

一种纳米中空碳球修饰的钙钛矿微晶及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种纳米中空碳球修饰的钙钛矿微晶及其制备方法，属于光电功能材料和新能源技术领域。
背景技术
卤化物钙钛矿材料因具有载流子迁移率高、吸收系数高、波长可调范围宽、量子产率高以及载流子扩散长度长等优势，在太阳能电池、光电探测器、微纳激光器、发光显示器件以及放射性元素检测等多方面具有广泛的应用价值。基于有机-无机杂化的铅卤钙钛矿吸收层的太阳能电池的效率在短短几年内达到25％，可与传统的晶硅电池效率相媲美，尽管杂化钙钛矿太阳能电池的研究取得了突飞猛进的发展、转换效率已超过薄膜太阳能电池，但这类材料本身的特殊性能以及与之相关的微观机制的研究并未被深入挖掘，再加上其对水、氧气、紫外线非常敏感，会发生化学反应而破坏晶体结构，导致电池性能的急剧衰减，这些问题严重制约了其未来的实际应用。随着对钙钛矿材料研究的不断深入，人们通过改进钙钛矿层，或者选择更为适合的电荷传输材料，构建纳米结构、界面以及提高成膜特性，让电池最大限度的吸收太阳光，使得两端电极能收集更多的电子空穴，提高光子捕获效率和光生载流子收集效率，从而获得更加高效率的钙钛矿太阳能电池。
相比有机-无机杂化的钙钛矿材料而言，全无机钙钛矿材料就稳定得多，全无机钙钛矿是指ABX3中A离子为无机离子，一般为Cs+,B为二价的Pb2+，Sn2+，Ge2+，卤族离子X为Cl-，Br-，I-。由于全无机钙钛矿的稳定性及其物理性质要优于有机-无机杂化钙钛矿材料，因此，制备高效、稳定的新型全无机钙钛矿太阳电池是解决有机-无机杂化钙钛矿太阳电池稳定性的重要手段。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于制备高效、稳定的新型全无机钙钛矿太阳电池的纳米中空碳球修饰的钙钛矿微晶及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种纳米中空碳球修饰的钙钛矿微晶，所述钙钛矿微晶呈立方块状形貌，中空碳球填充在钙钛矿微晶颗粒间隙或附着在表面界面，分布均匀。
优选地，所述纳米中空碳球修饰的钙钛矿微晶在紫外光激发下可发射强绿光，发射波长在510-550nm。
优选地，所述中空碳球的直径为200-800nm；所述钙钛矿微晶的晶粒尺寸为500nm-2μm之间。
本发名还提供了上述纳米中空碳球修饰的钙钛矿微晶的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)：将正硅酸四乙酯加入到乙醇与氨水的混合溶液中，搅拌后静置，然后加入间苯二酚，继续搅拌，密封静置后离心清洗，烘干后研磨均匀放入惰性气体炉中煅烧，用氢氟酸溶液刻蚀后得到纳米中空碳球，将其配置成分散液备用；
步骤2)：将PbBr2、CsBr以摩尔比1：1溶解在有机溶剂中，搅拌使其形成均一稳定的溶液，加入表面活性剂，搅拌混合后加入乙酸、步骤1)得到的分散液、甲苯，继续搅拌后，用离心机离心得到碳球包覆的钙钛矿产物，将产物进一步加入甲苯并离心进行提纯，得到粒径分布均匀的碳球复合微晶产物，干燥即得纳米中空碳球修饰的钙钛矿微晶粉末；
步骤3)：将中空碳球修饰的钙钛矿微晶粉末制成前驱体溶液旋涂到衬底上，并置于加热盘上或退火炉中，得到所述纳米中空碳球修饰的钙钛矿微晶。
优选地，所述步骤1)中纳米中空碳球分散于乙酸中制成分散液。
优选地，所述步骤2)中的有机溶剂为二甲基甲砜、二甲基甲酰胺或两者的混合；表面活性剂为油酸、十八烯、乙酸或其中两者的混合。
优选地，所述步骤2)中，分散液加入后再进行搅拌10min以上，反应完全后生成产物碳球复合的钙钛矿产物，采用离心机2000-6000r/min进行离心3-10min，倒去上层清液；干燥在普通常压干燥箱或真空干燥箱进行，干燥温度为50-75℃，时间1-5h。
优选地，所述步骤2)中，PbBr2、CsBr在有机溶剂中的浓度范围为0.001-0.4mol/L，乙酸、甲苯的用量均为该溶液体积的1.5倍以上，乙酸与甲苯的体积比为1～5：1，乙酸与分散液的体积比为0.2～5。
本发明提供的纳米中空碳球修饰的钙钛矿微晶结晶性能好，微观晶粒尺寸在500nm-2μm可控、分布均匀，且在510-540nm范围具有较强的绿光荧光峰，纳米中空碳球分布在钙钛矿晶粒的表面界面，直径范围在200-800nm，可作为钙钛矿太阳能电池吸收层，纳米中空碳球的引入可以有效降低电子传输过程中载流子的复合，增加钙钛矿晶粒的尺寸，钝化薄膜表面缺陷，从而提升钙钛矿电池的光电转换效率，在光电探测器、发光器件以及太阳能电池等领域具有潜在的应用价值。
附图说明
图1、2为实施例1制备的中空碳球修饰的钙钛矿微晶的不同放大倍数的微观形貌；
图3为实施例1制备的中空碳球修饰的钙钛矿微晶的EDS能谱；
图4为实施例1制备的样品在激发光325nm下的光致发光谱图；
图5为实施例3制备的样品在玻璃衬底上涂膜后的紫外可见光范围内的透射率测试。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例1
量取3.46mL正硅酸四乙酯加入氨水体积占10％的乙醇氨水混合溶液，快速搅拌15min后静置2h，加入0.3g间苯二酚，继续搅拌，密封静置后离心清洗，烘干后研磨均匀，放入氮气炉中700℃煅烧5h，用质量浓度为8％的氢氟酸溶液刻蚀后得到纳米中空碳球，将碳球配置成分散液备用，分散液密度0.6mg/mL；称取PbBr2和CsBr原料，按摩尔比1：1分别溶解在30mL DMSO有机溶剂中，搅拌使其形成均一稳定的溶液，加入3mL的表面活性剂，搅拌混合后加入3mL乙酸、3mL碳球的分散液和过量的甲苯，继续搅拌30min后，用离心机离心得到碳球包覆的钙钛矿产物，将产物进一步加入甲苯并离心进行提纯，可得到粒径分布均匀的碳球复合微晶产物，然后进行干燥即得到纳米中空碳球修饰的钙钛矿微晶粉末，同时将中空碳球修饰的钙钛矿微晶前驱体溶液(离心前的液体)旋涂到衬底上，并置于加热盘上或退火炉控制温度65℃可得到中空碳球修饰的钙钛矿微晶薄膜，所得钙钛矿微晶在325nm光激发时产生510-550nm范围内的强绿光发射。
图1是所制备纳米中空碳球修饰的钙钛矿微晶的SEM图。图2是放大的SEM图。图3是对应的EDS能谱。图4为制备的样品在激发光325nm下的光致发光谱图。
实施例2
量取3.46mL正硅酸四乙酯加入氨水体积占10％的乙醇氨水混合溶液，快速搅拌15min后静置2h，加入0.4g间苯二酚，继续搅拌，密封静置后离心清洗，烘干后研磨均匀，放入氮气炉中750℃煅烧5h，用质量浓度为8％的氢氟酸溶液刻蚀后得到纳米中空碳球，将碳球配置成分散液备用，分散液密度0.4mg/mL；称取PbBr2和CsBr原料，按摩尔比1：1分别溶解在20mL DMSO有机溶剂中，搅拌使其形成均一稳定的溶液，加入2mL的表面活性剂，搅拌混合后加入2mL乙酸、2mL碳球的分散液和过量的甲苯，继续搅拌30min后，用离心机离心得到碳球包覆的钙钛矿产物，将产物进一步加入甲苯并离心进行提纯，可得到粒径分布均匀的碳球复合微晶产物，然后进行干燥即得到纳米中空碳球修饰的钙钛矿微晶粉末，同时将中空碳球修饰的钙钛矿微晶前驱体溶液旋涂到衬底上，并置于加热盘上或退火炉控制温度80℃可得到中空碳球修饰的钙钛矿微晶薄膜。
实施例3
量取3.46mL正硅酸四乙酯加入氨水体积占10％的乙醇氨水混合溶液，快速搅拌15min后静置2h，加入0.4g间苯二酚，继续搅拌，密封静置后离心清洗，烘干后研磨均匀，放入氮气炉中700℃煅烧5h，用质量浓度为8％的氢氟酸溶液刻蚀后得到纳米中空碳球，将碳球配置成分散液备用，分散液密度0.6mg/mL；称取PbBr2和CsBr原料，按摩尔比1：1分别溶解在40mL DMSO有机溶剂中，搅拌使其形成均一稳定的溶液，加入4mL的表面活性剂，搅拌混合后加入4mL乙酸、8mL碳球的分散液和过量的甲苯，继续搅拌30min后，用离心机离心得到碳球包覆的钙钛矿产物，将产物进一步加入甲苯并离心进行提纯，可得到粒径分布均匀的碳球复合微晶产物，然后进行干燥即得到纳米中空碳球修饰的钙钛矿微晶粉末，同时将中空碳球修饰的钙钛矿微晶前驱体溶液旋涂到衬底上，并置于加热盘上或退火炉控制温度80℃可得到中空碳球修饰的钙钛矿微晶薄膜。图5是制备的样品在玻璃衬底上涂膜后的紫外可见光范围内的透射率测试，在可见光范围内的透射率可以接近70％。

Claims (8)

1.一种纳米中空碳球修饰的钙钛矿微晶，其特征在于，所述钙钛矿微晶呈立方块状形貌，中空碳球填充在钙钛矿微晶颗粒间隙或附着在表面界面，分布均匀。
2.如权利要求1所述的纳米中空碳球修饰的钙钛矿微晶，其特征在于，所述纳米中空碳球修饰的钙钛矿微晶在紫外光激发下可发射强绿光，发射波长在510-550nm。
3.如权利要求1所述的纳米中空碳球修饰的钙钛矿微晶，其特征在于，所述中空碳球的直径为200-800nm；所述钙钛矿微晶的晶粒尺寸为500nm-2μm之间。
4.权利要求1-3任一项所述的纳米中空碳球修饰的钙钛矿微晶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)：将正硅酸四乙酯加入到乙醇与氨水的混合溶液中，搅拌后静置，然后加入间苯二酚，继续搅拌，密封静置后离心清洗，烘干后研磨均匀放入惰性气体炉中煅烧，用氢氟酸溶液刻蚀后得到纳米中空碳球，将其配置成分散液备用；
步骤2)：将PbBr2、CsBr以摩尔比1：1溶解在有机溶剂中，搅拌使其形成均一稳定的溶液，加入表面活性剂，搅拌混合后加入乙酸、步骤1)得到的分散液、甲苯，继续搅拌后，用离心机离心得到碳球包覆的钙钛矿产物，将产物进一步加入甲苯并离心进行提纯，得到粒径分布均匀的碳球复合微晶产物，干燥即得纳米中空碳球修饰的钙钛矿微晶粉末；
步骤3)：将中空碳球修饰的钙钛矿微晶粉末制成前驱体溶液旋涂到衬底上，并置于加热盘上或退火炉中，得到所述纳米中空碳球修饰的钙钛矿微晶。
5.如权利要求4所述的纳米中空碳球修饰的钙钛矿微晶及其制备方法，其特征在于，所述步骤1)中纳米中空碳球分散于乙酸中制成分散液。
6.如权利要求4所述的纳米中空碳球修饰的钙钛矿微晶及其制备方法，其特征在于，所述步骤2)中的有机溶剂为二甲基甲砜、二甲基甲酰胺或两者的混合；表面活性剂为油酸、十八烯、乙酸或其中两者的混合。
7.如权利要求4所述的纳米中空碳球修饰的钙钛矿微晶及其制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，分散液加入后再进行搅拌10min以上，反应完全后生成产物碳球复合的钙钛矿产物，采用离心机2000-6000r/min进行离心3-10min，倒去上层清液；干燥在普通常压干燥箱或真空干燥箱进行，干燥温度为50-75℃，时间1-5h。
8.如权利要求4所述的纳米中空碳球修饰的钙钛矿微晶及其制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，PbBr2、CsBr在有机溶剂中的浓度范围为0.001-0.4mol/L，乙酸、甲苯的用量均为该溶液体积的1.5倍以上，乙酸与甲苯的体积比为1～5：1，乙酸与分散液的体积比为0.2～5。
CN202211553220.8A 2022-12-06 2022-12-06 一种纳米中空碳球修饰的钙钛矿微晶及其制备方法 Pending CN115895640A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211553220.8A CN115895640A (zh) 2022-12-06 2022-12-06 一种纳米中空碳球修饰的钙钛矿微晶及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211553220.8A CN115895640A (zh) 2022-12-06 2022-12-06 一种纳米中空碳球修饰的钙钛矿微晶及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115895640A true CN115895640A (zh) 2023-04-04

Family

ID=86470817

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211553220.8A Pending CN115895640A (zh) 2022-12-06 2022-12-06 一种纳米中空碳球修饰的钙钛矿微晶及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115895640A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116371452A (zh) * 2023-04-19 2023-07-04 上海应用技术大学 一种高效吸附和还原CO2的Cs2CuBr4光催化剂

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116371452A (zh) * 2023-04-19 2023-07-04 上海应用技术大学 一种高效吸附和还原CO2的Cs2CuBr4光催化剂

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101567406A (zh) 硅基太阳能电池表面量子点光波转换层的制备方法
CN110886017B (zh) 一种全无机铯铅卤族钙钛矿纳米晶薄膜的制备方法
CN107342365B (zh) 一种钙钛矿光电探测器及其制备方法
CN115895640A (zh) 一种纳米中空碳球修饰的钙钛矿微晶及其制备方法
CN106972104A (zh) 一种碱金属氟化物掺杂的钙钛矿太阳电池制备方法
CN111430502B (zh) 一种基于稀土氧化物闪烁体/半导体复合薄膜的x射线探测器的制备方法
CN102618288B (zh) Ii-vi族无机-有机单胺杂化化合物掺杂发光薄膜的制备方法
CN108172690A (zh) 一种量子点太阳能电池及其制备方法
CN113122251B (zh) 用于制备尺寸可调的铅硫族量子点的直接合成方法及其应用
CN111952383B (zh) 一种CsPbBr3-CsPb2Br5全无机混合钙钛矿薄膜的自驱动可见光光电探测器
CN114988462B (zh) 一种基于化学气相沉积法制备多波长发射的钙钛矿微米片的方法
CN114685555B (zh) 一种二维(PEA)2PbX4纳米片、制备方法及其在紫外光探测器中的应用
CN115020598A (zh) 一种提升无机CsPbI3钙钛矿薄膜环境稳定性的方法
CN110993801B (zh) 一种葡萄糖掺杂的有机无机杂化钙钛矿复合膜及其制备和应用
CN115637426A (zh) 一种化学浴沉积介孔二氧化锡薄膜的方法
CN114649482A (zh) 基于籽晶诱导生长钙钛矿薄膜的反式太阳能电池制备方法
CN105632773A (zh) 一种提高染料敏化太阳能电池光电转换效率的方法
CN115895648B (zh) 一种采用Eu3+掺杂的CsCl纳米晶修饰的钙钛矿太阳能电池
CN115043598B (zh) 一种LaF3:Tb3+下转换减反射膜及其制备方法和用途
CN116178886B (zh) 利用光驱动聚合物沉积半导体碳纳米管薄膜的方法、半导体碳纳米管薄膜
CN114350358B (zh) 介孔钙钛矿薄膜的制备方法
CN111849457B (zh) 一种提高全无机钙钛矿量子点CsPbBr3电荷分离效率的方法
CN105293918A (zh) 含稀土离子掺杂Cs2NaGdBr6微晶的玻璃薄膜及其制备方法
Kim et al. Effect of zinc nitrate concentration on the optical and morphological properties of ZnO nanorods for photovoltaic applications
CN105271765A (zh) 含稀土离子掺杂Cs2NaLaBr6微晶的玻璃薄膜及其制备方法

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