[发明专利]一种铜镓硒纳米晶及利用其制得的钙钛矿太阳能电池

说明书

本发明公开一种铜镓硒纳米晶及利用其制得的钙钛矿太阳能电池，其中，CuGaSe₂纳米晶的制备方法，过程如下：（1）将等摩尔量的碘化亚铜和碘化镓加入三颈烧瓶中，然后再加入油胺和十八烯，向三颈烧瓶中通入氮气，搅拌溶解，将溶液温度缓慢升至115~125℃，保温5~15 min，然后继续升温至230~250℃；（2）将Se的前驱体溶液加入步骤（1）所得溶液里，230~250℃保持15分钟~25分钟，Se的加入量为碘化亚铜摩尔数的2.3~2.5倍；（3）反应结束后开始降低温度，当反应溶液温度降至85~95℃时，将正己烷加入反应溶液里，继续降低温度至室温；（4）洗涤、离心，然后干燥，即得。

技术领域

本发明属于材料化学和生物学技术领域，具体涉及一种铜镓硒纳米晶及利用其制得的钙钛矿太阳能电池。

背景技术

近十多年来，钙钛矿太阳能电池受到人们的青睐，因为钙钛矿太阳电池具有光电转换效率高、制备方法简单、吸收系数大等优点。目前钙钛矿电池的转换效率已经达到25.5%，接近于工业化硅基太阳能电池的转换效率。钙钛矿太阳电池从结构上可分为p-i-n型和n-i-p型。n-i-p型钙钛矿电池一般由电子传输层、钙钛矿层和空穴传输层组成。空穴传输层的作用是从钙钛矿层里抽取光生空穴，并将其传输至电极。在高效率的n-i-p型钙钛矿电池中，空穴传输层一般有采用有机聚合物材料，如：Spiro-OMeTAD、PTAA等。但是这些有机材料的电导率比较低，在使用的时候需要添加一些添加剂，如：双三氟甲烷磺酰亚胺锂（Li-TFSI）。而Li-TFSI具有吸湿性，会使钙钛矿太阳电池的稳定性变差。另外，这些有机材料价格非常昂贵，主要是因为合成过程复杂，纯度要求高，从而使得钙钛矿太阳电池的成本较高。要实现钙钛矿电池的工业化，必须解决这些问题，就是提高电池稳定性，降低电池的成本。

解决上述问题的途径之一就是采用无机空穴传输层代替有机空穴传输层，制备钙钛矿太阳电池。因为无机空穴传输材料具有化学性质稳定、电导率高和价格便宜的优点。近年来，有一些p型无机半导体材料作为空穴传输层被应用于n-i-p型钙钛矿电池中，但是效率一般都不太高。因此，继续寻找和开发一些新型无机空穴传输材料成为当务之急。CuGaSe₂是一种p型半导体材料，具有作为空穴传输材料应用于钙钛矿电池的潜能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铜镓硒纳米晶及利用其制得的钙钛矿太阳能电池。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种CuGaSe₂纳米晶的制备方法，过程如下：

（1）将等摩尔量的碘化亚铜（CuI) 和碘化镓（GaI₃）加入三颈烧瓶中，然后再加入油胺和十八烯，向三颈烧瓶中通入氮气，搅拌溶解，将溶液温度缓慢升至115~125℃，保温5~15 min，油胺和十八烯的加入体积相同，然后继续升温至230~250℃；

（2）将Se的前驱体溶液加入步骤（1）所得溶液里，230~250℃保持15分钟~25分钟，Se的前驱体溶液是将Se粉溶解在二苯基膦中获得的；Se的加入量为碘化亚铜摩尔数的2.3~2.5倍；

（3） 反应结束后开始降低温度，当反应溶液温度降至85~95℃时，将正己烷加入反应溶液里，继续降低温度至室温；

（4）以丙酮和乙醇作为洗涤剂，采用离心的方法将CuGaSe₂纳米晶分离出来，然后干燥，即得。

优选地，碘化亚铜和碘化镓的加入量为0.6mmol时，油胺和十八烯的加入量均为12mL，正己烷的加入量为20mL。

优选地，Se的前驱体溶液中Se在二苯基膦中的浓度为38 mg/ml。

上述制备方法制得的CuGaSe₂纳米晶。

以上述CuGaSe₂纳米晶作为空穴传输层制备钙钛矿太阳能电池的方法，过程如下：