CN116240019A - 利用稀土和过渡金属掺杂制备的钙钛矿量子点、制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了利用稀土和过渡金属掺杂制备的钙钛矿量子点、制备方法及其应用，属于新能源光伏器件技术领域，包括钙钛矿前驱体制备、钙钛矿量子点光转换涂层的制备；本发明选用稀土离子Yb3+和过渡金属离子Zn2+作为掺杂剂，利用这种离子掺杂制备光转换钙钛矿量子点涂层，利用Zn2+和Yb3+离子掺杂进铯铅氯钙钛矿量子点中，直接将掺杂后的钙钛矿量子点胶体旋涂到准备好的玻璃衬底上，获得钙钛矿量子点涂层。其原理为：由于Zn2+离子跟Pb2+离子半径接近，可以钝化缺陷，协助能量传递，提高在铯铅氯体系中Yb3+离子的红外发射，从而可得到缺陷减少、具有高结晶质量的钙钛矿量子点。
Description
技术领域
本发明属于新能源光伏器件技术领域，具体涉及利用稀土掺杂进铯铅氯钙钛矿量子点以制备光转换量子点涂层，由此获得的光转换钙钛矿量子点涂层具有显著提高硅电池的紫外光吸收能力和光电转换效率，进而实现对器件各项光电性能的大幅度提升。
背景技术
硅太阳能电池(SSCs)作为最高效、最成熟的光电转换平台，已在世界各地得到安装。它的响应几乎覆盖了紫外、可见光和近红外(300-1100nm)的范围，在AM 1.5G照明下，晶体硅(c-Si)太阳能电池的最大理论效率可接近31％。目前，大多数商用ssc的光电转换效率(PCE)在10-25.6％之间；PCE对c-Si太阳能电池的局限性可以归因于在紫外(UV)和蓝色波长(300-450nm)的光谱响应低。在紫外-蓝色波长内能量较高的入射光子在离表面的短距离内被吸收，从而导致较高的复合损失。到目前为止，已经展示了各种策略来解决这个问题，例如，制造不同的串联太阳能电池(如钙钛矿/硅太阳能电池，聚合物/钙钛矿太阳能电池等)。但是钙钛矿太阳能电池制备工艺复杂，且钙钛矿太阳能电池有较差的水氧稳定性。也可以在ssc前面插入各种不同的光致发光层，在各种光致发光转换层中，稀土离子的下转换或者说量子剪裁是一种很有吸引力的方法。由于不同发光中心之间的能量转移过程，量子剪裁可以实现发射两个或多个近红外光子，为每个紫外线/可见光子吸收和可能在很大程度上提高太阳能电池的光电转换效率。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明利用稀土掺杂铯铅氯钙钛矿量子点以制备光转换钙钛矿涂层的方法。本发明选用稀土离子Yb3+和过渡金属离子Zn2+作为掺杂剂，利用这种离子掺杂制备光转换钙钛矿量子点涂层，利用Zn2+和Yb3+离子掺杂进铯铅氯钙钛矿量子点中，直接将掺杂后的钙钛矿量子点胶体旋涂到准备好的玻璃衬底上，获得钙钛矿量子点涂层。其原理为：由于Zn2+离子跟Pb2+离子半径接近，可以钝化缺陷，协助能量传递，提高在铯铅氯体系中Yb3+离子的红外发射，从而可得到缺陷减少、具有高结晶质量的钙钛矿量子点，涂在玻璃衬底表面，用于对硅电池进行封装，同时增强新能源光伏器件的稳定性以及器件的紫外响应和光电转换效率。
本发明通过如下技术方案实现：
利用稀土和过渡金属掺杂制备的钙钛矿量子点的方法，具体包括如下步骤：
(1)、钙钛矿前驱体制备；
具体步骤为：首先，将碳酸铯(CsCO3)、油酸(OA)、十八烯(ODE)混合，加入三颈瓶加热，在氮气保护下搅拌，得到澄清的前驱体溶液；
(2)、钙钛矿量子点的制作；
具体步骤为：首先，将氯化铅(PbCl2)、氯化镱(YbCl3)、氯化锌(ZnCl2)混合，加入油酸(OA)、油胺(OAm)、十八烯(ODE)混合,充分搅拌，在氮气保护下升温；然后，将前驱体溶液用注射器加入三颈瓶，冰浴冷却，之后加入离心管中离心取沉淀，并加入溶剂离心去油；
(3)、钙钛矿量子点光转换涂层的制作；
具体步骤为：首先，将玻璃衬底清洁干燥，将洁净的玻璃衬底进行臭氧处理，除去表面基团，得到可旋涂用的衬底，将制备好的量子点胶体旋涂于待用玻璃片表面。
进一步地，步骤(1)所述前驱体投料量为碳酸铯0.8mmol,油酸2ml，十八烯10ml，在氮气保护下保持120℃，搅拌1h-2h。
进一步地，步骤(2)各原料的投料比为0.3mmol氯化铅(PbCl2)、0.1mmol氯化镱(YbCl3)、0.015mmol氯化锌(ZnCl2)混合加入三颈瓶，加入油酸(OA)2ml、油胺(OAm)2ml、十八烯(ODE)充分搅拌，在氮气保护下升温到180摄氏度；然后，将前驱体溶液用注射器加入三颈瓶，反应三十秒后使用冰浴冷却至室温，之后加入离心管中，8000转离心十分钟，只取沉淀并加入环己烷。
进一步地，步骤(2)中去油的溶剂为2ml环己烷和1ml乙酸乙酯的混合溶液，将量子点沉淀完全分散在溶剂中，进行8000r/min转速，10min离心之后只取沉淀再分散到2ml环己烷中。
进一步地，步骤(3)所述玻璃衬底尺寸为19.8mm*19.8mm，依次置于异丙醇、乙醇去离子水中分别超声清洗5min，然后放入95℃的热风烘箱中干燥10-30min，用臭氧处理半小时，备用。
进一步地，步骤(3)所述旋涂混合前驱体溶液的转速为1000-2000r/min，时间35-50s。
本发明的另一目的还在于提供了利用稀土掺杂制备钙钛矿量子点在新能源光伏器件方面的应用。
进一步地，利用携带涂层的玻璃衬底对硅电池进行封装，具体地，首先，将衬底准备好，覆盖在硅电池表面；然后，使用硅胶进行封装。
进一步地，所述封装是将硅电池封装在带有量子点薄膜的玻璃片之内，硅胶用来隔绝水氧。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)、对铯铅氯钙钛矿量子点进行Yb3+和Zn2+掺杂，制备得到晶粒形貌良好，缺陷较少钙钛矿量子点，从而有效降低了钙钛矿量子点的非辐射复合，提升了量子点涂层的性能；
(2)、利用带有量子点涂层的玻璃对硅电池进行封装，同时增强新能源光伏器件的稳定性以及器件的紫外响应和光电转换效率。
附图说明
图1为本发明的利用稀土离子Yb3+和过渡金属离子Zn2+共掺杂得到高质量均匀的铯铅氯钙钛矿量子点的结构示意图；
图2为Yb3+离子掺杂铯铅氯钙钛矿量子点透射电镜照片；
图3为本发明的稀土离子Yb3+和过渡金属离子Zn2+共掺杂的铯铅氯钙钛矿量子点透射电镜照片；
图4为Yb3+离子掺杂的铯铅氯钙钛矿量子点在进行60℃，高温稳定性测试后的光谱表征图；
图5为本发明的稀土离子Yb3+和过渡金属离子Zn2+共掺杂的铯铅氯钙钛矿量子点在进行水稳定性测试后的光谱表征图；
图6为本发明的Zn2+离子，Yb3+离子共掺杂的铯铅氯钙钛矿量子点的光谱图；
图7为本发明的一种基于Zn2+离子，Yb3+离子掺杂的铯铅氯钙钛矿量子点增强新能源光伏器件的IPCE曲线；其中，五角星连成的曲线对应基于Zn2+离子，Yb3+离子掺杂的钙钛矿增强新能源光伏器件，方块点连成的曲线对应基于同等条件的不加钙钛矿量子点薄膜的新能源光伏器件；
图8为本发明的一种基于Zn2+离子，Yb3+离子掺杂的铯铅氯钙钛矿量子点涂层用于光伏器件和未掺杂Zn2+离子的铯铅氯钙钛矿量子点涂层用于器件的JV曲线；其中，上方的曲线对应基于Zn2+离子，Yb3+离子掺杂的钙钛矿涂层增强新能源光伏器件，下方的曲线对应基于同等条件的不加钙钛矿量子点涂层的新能源光伏器件。
图9为本发明的一种基于覆盖钙钛矿量子点涂层的玻璃用于封装硅电池的示意图；
图10为本发明基于封装过后PCE稳定性的表征图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
实施例1
本实例提供了利用稀土Yb3+离子和过渡金属Zn2+离子共掺杂制备非辐射缺陷少，高质量晶粒形貌的铯铅氯钙钛矿量子点的方法，具体包括：
先制备好所需的前驱体溶液，然后将前驱体在高温下添加到已溶解的在三颈瓶中混合搅拌均匀的样品中，能够得到具有形貌较好，晶粒尺寸均匀，缺陷较少的高质量钙钛矿量子点，从而显著提高了薄膜的光电性能。
所述制备方法具体包括如下步骤：
(1)、钙钛矿前驱体制备：首先，将第三方购得碳酸铯(CsCO3)、油酸(OA)、十八烯(ODE)，取0.3mmol碳酸铯，加入2毫升油酸(OA)、加入10毫升十八烯(ODE)混合，在N2保护下，加热到120℃充分搅拌1h至溶液澄清；
(2)、稀土离子和过渡金属共掺杂的钙钛矿量子点的合成：将0.3mol氯化铅(PbCl2)、0.1mol氯化镱(YbCl3)、0.015mol氯化锌(ZnCl2)混合，加入2ml油酸(OA)、2ml油胺(OAm)、10ml十八烯(ODE)混合,600r/min，在氮气保护下升温至240摄氏度；然后，将前驱体溶液用注射器加入三颈瓶，冰浴冷却，取出胶体之后加入离心管中离心取沉淀，并加入1ml环己烷，1ml乙酸乙酯离心去油，取沉淀加入2ml环己烷备用；
(3)、衬底的预处理：首先，将玻璃衬底依次置于异丙醇、乙醇去离子水中分别超声清洗5min，并放入95℃的热风烘箱中干燥10min；然后，使用臭氧处理30min出去表面基团，得到可旋涂的玻璃片；
(4)钙钛矿量子点薄膜的制备：
具体步骤为：首先，将处理好的玻璃片放置旋涂仪上，将步骤二制备好的钙钛矿量子点胶体取80微升滴加到玻璃片上；然后，开始旋涂以1000转/分前转30秒，得到均匀的钙钛矿量子点薄膜。
由图1可知Yb3+离子和Zn2+离子均取代铅位，形成如图所示的纳米晶微观结构。
由图2和图3可知，本发明提供的方法制备的稀土离子Yb3+离子和过渡金属Zn2+离子掺杂钙钛矿量子点的晶粒尺寸，在Zn2+离子掺入之后的样品；掺杂后的晶粒尺寸平均为8nm，尺寸更加均匀。掺杂后，晶粒尺寸显著减小。这是由于Zn2+离子半径小于Pb2+离子，晶格收缩说明Zn2+离子有效的掺入了钙钛矿纳米晶中。
由图4和图5可知，本发明提供的方法制备的稀土离子Yb3+离子和过渡金属Zn2+离子掺杂钙钛矿量子点，其在相同时间内高温处理和高湿度处理后发光较未掺杂时更好。这说明本发明提供的稀土离子Yb3+离子和过渡金属Zn2+离子掺杂钙钛矿量子点能够提高钙钛矿量子点的热稳定性和水稳定性。
实施例2
利用稀土离子Yb3+离子掺杂的铯铅氯钙钛矿量子点的制备方法，具体步骤如下：
(1)、钙钛矿前驱体制备：同实施例1；
(2)、稀土离子Yb3+离子和过渡金属Zn2+离子掺杂钙钛矿量子点的合成：将0.3mol氯化铅(PbCl2)、0.1mol氯化镱(YbCl3)，加入2ml油酸(OA)、2ml油胺(OAm)、10ml十八烯(ODE)混合,600r/min，在氮气保护下升温至240摄氏度；然后，将前驱体溶液用注射器加入三颈瓶，冰浴冷却，取出胶体之后加入离心管中离心取沉淀，并加入1ml环己烷，1ml乙酸乙酯离心去油，取沉淀加入2ml环己烷备用；
(3)、稀土离子Yb3+离子和过渡金属Zn2+离子掺杂钙钛矿量子点光转换涂层的制备：同实施例1。
图6可知，本发明提供的方法制备的稀土离子Yb3+离子单独掺杂钙钛矿量子点在红外波段发光较差。
实施例3
稀土离子Yb3+离子和过渡金属Zn2+离子掺杂钙钛矿量子点涂层在制备硅电池方面的应用。
本发明提供的稀土离子Yb3+离子和过渡金属Zn2+离子掺杂钙钛矿量子点具有提高硅电池紫外响应等特点，可作为高质量的功能层用于硅太阳能电池，进而显著提升光伏器件的光电转换效率。
利用稀土离子Yb3+和过渡金属Zn2+共掺杂的钙钛矿量子点功能层用于硅电池的方法，具体步骤如下：
(1)、油酸铯前驱体制备：同实施例1。
(2)、稀土离子Yb3+和过渡金属Zn2+共掺杂的钙钛矿量子点制作：同实施例1。
(3)、钙钛矿量子点光转换涂层的制作：同实施例1；
(4)、将带有光转换涂层的玻璃衬底封装在硅电池上方即可。
由图7可知，本发明提供的基于稀土离子Yb3+和过渡金属Zn2+共掺杂的钙钛矿量子点涂层用于硅钙电池的紫外吸收和效率，均显著高于基于未掺杂的硅电池。这说明本发明提供的稀土离子Yb3+和过渡金属Zn2+共掺杂的钙钛矿量子点光转换涂层具有高的结晶质量，光转换能力更强，从而能够显著提高器件光电性能。
由图8可知，本发明提供的基于稀土离子Yb3+和过渡金属Zn2+共掺杂的硅电池的在JV曲线测试中，能看出电流密度明显变强现象，具有较高的性能提升，这说明本发明提供的稀土离子Yb3+和过渡金属Zn2+共掺杂的钙钛矿量子点光转换涂层具有较高的光转换能力，从而能够长时间应用于硅电池光电器件。
由图9可知，本发明提供由玻璃封装的硅电池，在硅电池上表面的玻璃内测沉积了稀土离子Yb3+离子和过渡金属Zn2+离子掺杂钙钛矿量子点光转换涂层；
由图10可知，本发明提供的硅电池和稀土离子Yb3+离子和过渡金属Zn2+离子掺杂钙钛矿量子点光转换涂层集成之后器件的稳定性。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.利用稀土和过渡金属掺杂制备的钙钛矿量子点的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
(1)、钙钛矿前驱体制备；
具体步骤为：首先，将碳酸铯(CsCO3)、油酸(OA)、十八烯(ODE)混合，加入三颈瓶加热，在氮气保护下搅拌，得到澄清的前驱体溶液；
(2)、钙钛矿量子点的制备；
具体步骤为：首先，将氯化铅(PbCl2)、氯化镱(YbCl3)、氯化锌(ZnCl2)混合，加入油酸(OA)、油胺(OAm)、十八烯(ODE)混合,充分搅拌，在氮气保护下升温；然后，将前驱体溶液用注射器加入三颈瓶，冰浴冷却，之后加入离心管中离心取沉淀，并加入溶剂离心去油；
(3)、钙钛矿量子点光转换涂层的制备；
具体步骤为：首先，将玻璃衬底清洁干燥，将洁净的玻璃衬底进行臭氧处理，除去表面基团，得到可旋涂用的衬底，将制备好的量子点胶体旋涂于待用玻璃片表面。
2.如权利要求1所述的利用稀土和过渡金属掺杂制备的钙钛矿量子点的方法，其特征在于，步骤(1)所述前驱体投料量为碳酸铯0.8mmol,油酸2ml，十八烯10ml，在氮气保护下保持120℃，搅拌1h-2h。
3.如权利要求1所述的利用稀土和过渡金属掺杂制备的钙钛矿量子点的方法，其特征在于，步骤(2)各原料的投料比为0.3mmol氯化铅(PbCl2)、0.1mmol氯化镱(YbCl3)、0.015mmol氯化锌(ZnCl2)混合加入三颈瓶，加入油酸(OA)2ml、油胺(OAm)2ml、十八烯(ODE)充分搅拌，在氮气保护下升温到180摄氏度；然后，将前驱体溶液用注射器加入三颈瓶，反应30s后使用冰浴冷却至室温，之后加入离心管中，8000转离心10min，只取沉淀并加入环己烷。
4.如权利要求1所述的利用稀土和过渡金属掺杂制备的钙钛矿量子点的方法，其特征在于，步骤(2)中去油的溶剂为2ml环己烷和1ml乙酸乙酯的混合溶液，将量子点沉淀完全分散在溶剂中，进行8000r/min转速，10min离心之后只取沉淀再分散到2ml环己烷中。
5.如权利要求1所述的利用稀土和过渡金属掺杂制备的钙钛矿量子点的方法，其特征在于，步骤(3)所述玻璃衬底尺寸为19.8mm*19.8mm，依次置于异丙醇、乙醇去离子水中分别超声清洗5min，然后放入95℃的热风烘箱中干燥10-30min，用臭氧处理半小时，备用。
6.如权利要求1所述的利用稀土和过渡金属掺杂制备的钙钛矿量子点的方法，其特征在于，步骤(4)所述旋涂混合前驱体溶液的转速为1000-2000r/min，时间35-50s。
7.利用稀土和过渡金属掺杂制备的钙钛矿量子点，其特征在于，如权利要求1-6任一项所述的利用稀土和过渡金属掺杂制备的钙钛矿量子点的方法制备得到。
8.如权利要求7所述的利用稀土和过渡金属掺杂制备的钙钛矿量子点在可新能源光伏器件方面的应用。
9.如权利要求8所述的利用稀土和过渡金属掺杂制备的钙钛矿量子点在可新能源光伏器件方面的应用，其特征在于，具体地，首先，将衬底准备好，覆盖在硅电池表面；然后，使用硅胶进行封装。
10.如权利要求8所述的利用稀土和过渡金属掺杂制备的钙钛矿量子点在可新能源光伏器件方面的应用，其特征在于，所述封装是将硅电池封装在带有量子点薄膜的玻璃片之内，硅胶用来隔绝水氧。
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| CN111849476A (zh) * | 2020-05-26 | 2020-10-30 | 吉林大学 | 一种稀土掺杂钙钛矿纳米晶、其制备方法及光电探测器 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| LU JIAJUN: "Defect passivation of CsPbI 2 Br perovskites through Zn(II) doping: toward efficient and stable solar cells", 《SCIENCE CHINA-CHEMISTRY》, vol. 62, no. 8, XP036839267, DOI: 10.1007/s11426-019-9486-0 * |
| V. NARESH: "Zn(II)-Doped Cesium Lead Halide Perovskite Nanocrystals with High Quantum Yield and Wide Color Tunability for Color-Conversion Light-Emitting Displays", 《ACS APPLIED NANO MATERIALS》, vol. 3, no. 8, pages 1 - 2 * |
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