一種鈣鈦礦結構材料及其制備方法、應用與流程

本發(fā)明涉及光電材料領域，尤其涉及一種鈣鈦礦結構材料及其制備方法、應用。

背景技術：

隨著全球氣候變暖以及化石能源的逐漸耗盡，清潔可再生的新型能源一直是人類追求的目標。太陽能作為取之不盡用之不竭的清潔能源，一直是人們研究的熱點。太陽能電池是直接將太陽能轉換為電能的裝置，從傳統(tǒng)的硅太陽能電池再到目前以染料敏化太陽能電池和有機太陽能電池為代表的新型電池都得到了迅速發(fā)展。

全固態(tài)鈣鈦礦敏化太陽能電池在近兩年發(fā)展迅速，成為國際上的一個研究熱點；然而，目前以甲基碘甲氨為鈣鈦礦前驅體制備的鈣鈦礦結構材料，不耐水氧，在空氣中極不穩(wěn)定，這極大地限制了鈣鈦礦結構材料的使用推廣。

因此，現(xiàn)有技術還有待于改進和發(fā)展。

技術實現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種含氟鈣鈦礦結構材料及其制備方法、應用，旨在解決現(xiàn)有鈣鈦礦結構材料不耐水氧、在空氣中極不穩(wěn)定，導致其應用受限的問題。

本發(fā)明的技術方案如下：

一種含氟鈣鈦礦結構材料，其中，所述含氟鈣鈦礦結構材料的化學式為rnh3mx3-aya，其中，r為氟代烷基，m為金屬元素，x和y各自為cl、br或i中的任意一種，0≦a≦3。

所述的含氟鈣鈦礦結構材料，其中，所述氟代烷基中，1≦c的個數(shù)≦12。

所述的含氟鈣鈦礦結構材料，其中，所述m為pb²⁺、ge²⁺、sn²⁺、cu²⁺、ni²⁺、co²⁺、fe²⁺、mn²⁺、cr²⁺、pd²⁺、cd²⁺、eu²⁺或yb²⁺中的一種。

一種如上任一所述的含氟鈣鈦礦結構材料的制備方法，其中，包括步驟：

前驅體的制備：將氟代烷基氨與hx按一定比例混合溶于有機溶劑中，攪拌預定時間后減壓旋出溶劑，烘干得到前驅體；

鈣鈦礦結構材料的制備：將所述前驅體與my2混合溶于有機溶劑中，攪拌后得到沉淀，將所述沉淀烘干制得所述含氟鈣鈦礦結構材料。

所述的含氟鈣鈦礦結構材料的制備方法，其中，在前驅體的制備過程中，所述氟代烷基與hx摩爾比為1：2.01-1：2.1。

所述的含氟鈣鈦礦結構材料的制備方法，其中，在前驅體的制備過程中，所述有機溶劑為無水乙醇。

所述的含氟鈣鈦礦結構材料的制備方法，其中，在前驅體的制備過程中，當溶劑旋出后，將得到的白色粉末用乙醚洗滌三次，在60℃下真空干燥過夜，得到前驅體。

所述的含氟鈣鈦礦結構材料的制備方法，其中，在前驅體的制備過程中，攪拌時間為1-3h。

所述的含氟鈣鈦礦結構材料的制備方法，其中，在鈣鈦礦結構材料的制備過程中，所述有機溶劑為二甲基甲酰胺。

一種如上任一所述的含氟鈣鈦礦結構材料的應用，其中，所述含氟鈣鈦礦結構材料用于太陽能電池器件中的吸光層。

有益效果：本發(fā)明提供的含氟鈣鈦礦結構材料，氟元素取代了烷基上的部分氫元素，使得制備的含氟鈣鈦礦結構材料具有較強的疏水性能，在空氣中穩(wěn)定性能較強，不易被氧化，能夠廣泛地應用于太陽能電池領域。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種含氟鈣鈦礦結構材料的制備方法較佳實施例的流程圖；

圖2為本發(fā)明一種含氟鈣鈦礦結構材料制備的太陽能電池器件較佳實施例的結構示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供一種鈣鈦礦結構材料及其制備方法、應用，為使本發(fā)明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下對本發(fā)明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明提供了一種含氟鈣鈦礦結構材料，其中，所述含氟鈣鈦礦結構材料的化學式為rnh3mx3-aya，其中，r為氟代烷基，m為金屬元素，x和y各自為cl、br或i中的任意一種，0≦a≦3。

具體來說，所述氟代烷基中，1≦c的個數(shù)≦12，所述烷基上的h元素可被氟元素全部或部分取代，例如，當c的個數(shù)為1個時，則所述氟代烷基可以為cf3-或ch2f-或chf2-；較佳地，當碳的個數(shù)越多時，且h元素被氟元素取代的數(shù)量越多時，所述含氟鈣鈦礦結構材料的疏水性能越強，越不容易被氧化。

進一步，所述化合物rnh3mx3-aya中，x和y可以為cl、br、i中的同一種元素，也可以為不同的元素；所述m為pb²⁺、ge²⁺、sn²⁺、cu²⁺、ni²⁺、co²⁺、fe²⁺、mn²⁺、cr²⁺、pd²⁺、cd²⁺、eu²⁺或yb²⁺中的一種。

例如，所述含氟鈣鈦礦結構材料的化學式可以為cf3nh3pbi3、c2h2f4nh3pbclbr2、c3h2f7nh3pbbr2i等。

基于上述含氟鈣鈦礦結構材料，本發(fā)明還提供一種含氟鈣鈦礦結構材料的制備方法，其中，如圖1所示，包括步驟：

s1、前驅體的制備：將氟代烷基氨與hx按一定比例混合溶于有機溶劑中，攪拌預定時間后減壓旋出溶劑，烘干得到前驅體；

具體來說，在前驅體的制備過程中，所述氟代烷基與hx摩爾比為1：2.01-1：2.1；所述hx可以為hcl、hi或hbr中的一種或多種混合；所述有機溶劑優(yōu)選為無水乙醇；進一步，在前驅體的制備過程中，攪拌時間為1-3h，優(yōu)選2h；攪拌均勻后通過減壓法旋出溶劑，將得到的白色粉末用乙醚洗滌三次，在60℃下真空干燥過夜，即得到前驅體。

s2、鈣鈦礦結構材料的制備：將所述前驅體與my2混合溶于有機溶劑中，攪拌后得到沉淀，將所述沉淀烘干制得所述含氟鈣鈦礦結構材料。

具體來說，在s2步驟中，前軀體與my2的摩爾比可以任意摩爾比組合，my2可以為一種或多種鹵代金屬的混合；且該步驟中的有機溶劑優(yōu)選二甲基甲酰胺。

下面通過一具體實施例對本發(fā)明一種含氟鈣鈦礦結構材料的制備方法進行說明：

實施例1

在實施例1中，含氟鈣鈦礦結構材料中r為三氟甲基，其結構式為：cf3nh3pbi3，具體的制備步驟如下：

前軀體三氟碘甲胺的合成：冰浴下，乙醇（100ml）中，加入hi（12.79g，10mmol）,攪拌下，通入三氟甲胺氣體30分鐘，攪拌兩小時，真空下旋出乙醇，得到白色粉末，乙醚洗滌三次，60^oc下真空干燥過夜

鈣鈦礦材料制備：三氟碘甲胺（2.12g，10mmol），pbi2（4.6g，10mmol）溶于50mldmf中，攪拌1小時，將dmf滴入300ml乙醚中，得到黃色固體，過濾抽干，真空干燥過夜，即可制得化學式為cf3nh3pbi3含氟鈣鈦礦結構材料。

進一步，本發(fā)明還對化學式為cf3nh3pbi3含氟鈣鈦礦結構材料與不含氟的鈣鈦礦結構材料的穩(wěn)定性進行了對比：

將這兩種材料同時暴露在相同環(huán)境條件的空氣中，通過比較發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明提供的含氟鈣鈦礦結構材料暴露72h后才有少許的分解；而不含氟的鈣鈦礦材料在暴露36h后就全部分解；這一結果表明，本發(fā)明制備的含氟鈣鈦礦結構材料相對于不含氟的鈣鈦礦結構材料的穩(wěn)定性有了明顯提高。

基于上述含氟鈣鈦礦結構材料，本發(fā)明還提供了一種含氟鈣鈦礦結構材料的應用，其中，所述含氟鈣鈦礦結構材料用于太陽能電池器件中的吸光層。

具體地，如圖2所示，所述鈣鈦礦太陽能電池器件結構依次包括透明襯底10、透明導電層20、空穴傳輸層30、由含氟鈣鈦礦結構材料制備的吸光層40、電子傳輸層50、陰極界面修飾層60以及金屬電極70。

進一步，所述鈣鈦礦太陽能電池的具體制備過程如下：

ito導電玻璃依次用丙酮、去離子水、異丙醇超聲洗滌，真空80°下干燥12小時；ito上制備niox薄膜；配置鈣鈦礦前驅體溶液，溶于dmso中，旋涂在niox薄膜上，100°退火10分鐘；配置電子傳輸層溶液，將pcbm溶液氯仿中，濃度為10mg/ml，通過旋涂法在鈣鈦礦薄膜上制備；依次蒸鍍bcp和金屬電極。

采用本發(fā)明提供的含氟鈣鈦礦結構材料所制備的太陽能電池具有優(yōu)異的光電轉換效率，并且性能穩(wěn)定，使用壽命長。

綜上所述，本發(fā)明提供的含氟鈣鈦礦結構材料，氟元素取代了烷基上的部分氫元素，使得制備的含氟鈣鈦礦結構材料具有較強的疏水性能，在空氣中穩(wěn)定性能較強，不易被氧化，能夠廣泛地應用于太陽能電池領域。

應當理解的是，本發(fā)明的應用不限于上述的舉例，對本領域普通技術人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬于本發(fā)明所附權利要求的保護范圍。