[发明专利]窄带隙、无铅、稳定和光电性能优异的DJ二维双钙钛矿

说明书

一种窄带隙、无铅、稳定和光电性能优异的DJ二维双钙钛矿，属于光伏材料技术领域，目的在于提供一种具有窄的直接带隙和高稳定性的光电性能的光伏材料，所述DJ二维双钙钛矿的带隙小于2eV，结构通式为BDA₂M⁺M³⁺X₈，其中，M⁺为Cu⁺或Ag⁺，M³⁺为Bi³⁺或In³⁺，X为Br或I。本发明首先，两个Pb(II)被B(I)/B(III)阳离子完全取代，以消除Pb的毒性。其次，通过引入二价有机阳离子形成二维层状双钙钛矿，提升相应二维钙钛矿的光电性质。结果表明：这些层状双钙钛矿表现出窄的直接带隙、更好的稳定性以及光谱极限最大效率与MAPbI₃的相当的光电性能，有望成为一种新的潜在光伏材料。

技术领域

本发明属于光伏材料技术领域，具体涉及一种窄带隙、无铅、稳定和光电性能优异的DJ型二维双钙钛矿。

背景技术

太阳能是一种清洁、安全、取之不尽的能源，而太阳能电池发电是利用太阳能的重要手段之一，是公认缓解能源危机和环境污染的首选技术。

近年来，有机-无机杂化钙钛矿材料因拥有宽光谱吸收、低激子结合能、长电荷传输等优异特性，满足电池对高光吸收效率和高电荷分离效率的要求。同时，易溶液制备、原料价格低，符合商业应用高效率低成本的需求而引起了极大的关注。因此，钙钛矿电池已然成为太阳电池中最具潜力的“新星”。目前，基于三维钙钛矿的太阳能电池已经取得了可媲美商用硅电池的效率(25%)。然而，在大气环境下三维有机-无机杂化钙钛矿易受各氧气，水和紫外线的影响，从而发生相变或相分解。

目前，用来改善三维钙钛矿稳定性的方法主要有：(1) 通过混合ABX₃中A，B，X位元素，如A位FA，MA，Cs等混合，B位的Sn，Pb混合，以及X位的I，Br，Cl混合。该种方法可以有效释放结构中的内应力，从而提高材料的稳定性；(2) 通过掺杂，例如在三维相中掺入A位阳离子DMA⁺，GA⁺，En²⁺等，在X位引入拟卤素离子，如SCN^‒，BF₄^‒，PF₆^‒等阴离子。该方法通过引入结合能更强的离子，增强离子之间的键合能力来提高结构的稳定性；(3) 通过引入添加剂对表面进行修饰，或对体内缺陷进行钝化来抑制缺陷引起的相分解及离子迁移。但是，上述办法都无法从根本上解决三维钙钛矿结构的稳定性问题。