[发明专利]一种吸收光谱可调钙钛矿结构有机‑无机三元合金杂合物薄膜光阳极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜太阳电池技术领域，特别是涉及一种吸收光谱可调钙钛矿结构有机-无机三元合金杂合物薄膜光阳极及其制备方法。

背景技术

近年来，有机-无机钙钛矿杂合物太阳电池因其低成本、高吸光系数的特点成为光伏领域的研究热点。其中，Pb基钙钛矿太阳电池的发展较为快速，经美国可再生能源国家实验室(NREL)认证的实验室电池样品效率已高达20％，即达到Cu(In,Ga)Se₂薄膜太阳电池的水平。然而传统Pb基钙钛矿杂合物光电化学稳定性较差，薄膜吸收截止波长约为800nm，光谱响应范围仍有待拓宽，Pb的毒性也限制了它的工业应用。因此，亟需研发一种稳定、低毒、吸收光谱可调钙钛矿太阳电池。

发明内容

针对上述提出的问题，本发明提供了一种吸收光谱可调钙钛矿结构有机-无机三元合金杂合物薄膜光阳极及其制备方法，将钙钛矿结构有机-无机三元合金杂合物作为光阳极吸收层，降低了吸收材料的毒性，扩宽了吸收层材料的光谱吸收，通过调整金属元素的比例可实现钙钛矿吸收材料的带隙调控。

现采用以下技术方案：

一种吸收光谱可调钙钛矿结构有机-无机三元合金杂合物薄膜光阳极，包括依次层叠的导电玻璃层、二氧化钛层和钙钛矿结构有机-无机三元合金杂合物层，所述钙钛矿结构有机-无机三元合金杂合物的通式为RNH₃(Pb_xSn_1-x)_yGe_1-yI₃，其中R选自CH₃、C₂H₅或C₃H₇，0<x<1，0<y<1。

进一步地，所述导电玻璃选自FTO、ITO、ATO或AZO，优选为FTO。

进一步地，0.1≤x≤0.9，0.1≤y≤0.9。

进一步地，所述导电玻璃层的厚度为250～350nm，所述二氧化钛层的厚度为100～600nm，所述钙钛矿结构有机-无机三元合金杂合物层的厚度为300～700nm。

本发明还提供上述吸收光谱可调钙钛矿结构有机-无机三元合金杂合物薄膜光阳极的制备方法，所述钙钛矿结构有机-无机三元合金杂合物的通式为RNH₃(Pb_xSn_1-x)_yGe_1-yI₃，其中R选自CH₃、C₂H₅或C₃H₇(包括正丙基和异丙基)，0<x<1，0<y<1；包括以下步骤：

(1)RNH₃(Pb_xSn_1-x)I₃的合成：按照化学计量比取RNH₃I、PbI₂和SnI₂(即按照上述化学式中x的数值确定药品的用量比，比如，当x＝0.1时，RNH₃I、PbI₂和SnI₂的摩尔比为10:1:9)，溶解在HI与H₃PO₂混合溶剂中，90～120℃下反应，反应结束后(此时溶液为亮黄色)冷却过滤得到RNH₃(Pb_xSn_1-x)I₃晶体；

(2)RNH₃GeI₃的合成：将GeO₂溶解在HI与H₃PO₂混合溶剂中，80～100℃下反应，反应结束后冷却过滤，在滤液中添加与GeO₂等摩尔的RNH₃I，加热至沸腾后，冷却过滤得到RNH₃GeI₃晶体；