[发明专利]一种少Pb钙钛矿材料及其制备方法、和钙钛矿太阳能电池

说明书

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池技术领域，具体涉及一种少Pb钙钛矿材料及其制备方法、和钙钛矿太阳能电池。

背景技术

面对目前能源危机及环境污染，太阳能作为一种可再生能源，是满足全球范围内日益增长的能源需求的重要方法之一。将太阳能转换为电能的一种有效的方法是制备基于光生伏特效应的太阳电池。有机—无机杂化钙钛矿材料(CH₃NH₃PbX₃)制备的太阳电池能量转换效率自2009年从3.8％增长到现在已被认证的22.1％，因其良好的电子和空穴传输性能、较高的光吸收系数、较低的生产成本及易于制备等诸多优势获得了广泛关注。

传统的钙钛矿太阳电池包括介孔钙钛矿太阳电池和平面钙钛矿太阳电池，然而平面电池相对介孔而言，具有结构简单、容易制备等优点，一般的平面钙钛矿太阳电池结构为：透明导电薄膜/电子传输层/钙钛矿吸收层/空穴传输层/金属电极。但作为核心材料的钙钛矿吸收材料中含有可溶解的重金属Pb，有毒且对环境会造成污染，这严重阻碍了钙钛矿太阳电池的商业化，因此，为推动钙钛矿太阳电池的商业化步伐，制备少Pb甚至无Pb的高效环保钙钛矿太阳电池势在必行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种少Pb钙钛矿材料及其制备方法，采用过渡金属Fe(或Co)和Cl元素对钙钛矿中的Pb和I元素进行部分掺杂替代，从而制备出高效环保的钙钛矿材料，为钙钛矿太阳电池的商业化提供一个新的思路及途径。

本发明采用如下技术方案：

一种少Pb钙钛矿材料，其分子式为CH₃NH₃Pb_1-xFe_xI₃(Cl)或CH₃NH₃Pb_1-x Co_xI₃(Cl)，其中0<x<0.6。

上述少Pb钙钛矿材料的制备方法，将以下前驱体材料按摩尔比PbI₂：FeCl₂·4H₂O或CoCl₂·6H₂O：CH₃NH₃I＝(1-x)：x：1溶于二甲基亚砜或含二甲基亚砜的溶剂中，其中0<x<0.6，得到前驱体溶液，取30-50μL所述前驱体溶液滴加到导电玻璃上，先600～800rpm旋涂10～20s，后2000～4000rpm旋涂20～30s并于旋涂结束前的5～10s滴加氯苯，最后退火处理，所得薄膜即为所述钙钛矿材料。

上述少Pb钙钛矿材料的制备方法，将以下前驱体材料按摩尔比PbI₂：FeCl₂·4H₂O或CoCl₂·6H₂O＝(1-x)：x溶于二甲基亚砜或含二甲基亚砜的溶剂中，其中0<x<0.6，得到前驱体溶液，取30-50μL所述前驱体溶液滴加到导电玻璃上，2000～4000rpm旋涂20～40s，然后60～80℃退火处理10～20min，冷却到室温后，于CH₃NH₃I的异丙醇溶液(CH₃NH₃I浓度为8～12mg/mL)中浸泡数分钟，最后100～120℃退火处理15～30min，所得薄膜即为所述钙钛矿材料。

上述少Pb钙钛矿材料的制备方法，所述含二甲基亚砜的溶剂选自二甲基亚砜、二甲基亚砜和N，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂或二甲基亚砜和γ-丁内酯的混合溶剂。

利用上述少Pb钙钛矿材料制备得到的钙钛矿太阳能电池。

本发明的有益效果如下：

本发明用过渡金属Fe(或Co)和Cl对钙钛矿吸收层中的Pb和I进行了同步掺杂替代，由此制备的钙钛矿太阳电池的光电转换效率高达17.31％，Fe(或Co)和Cl的掺杂为以后制备少Pb甚至无Pb的高效环保钙钛矿太阳电池提供了一个新的思路及途径。

附图说明

此处以FeCl₂掺杂为例来说明本发明的相关测试表征：

图1为采用两步法制备的掺杂不同量的Fe和Cl得到的钙钛矿材料的XRD图：可以发现，随着前驱体溶液中FeCl₂含量的增加，钙钛矿材料的衍射峰强度逐步减弱，但仍保持四方相钙钛矿结构；