[发明专利]一种钙钛矿复合纳米纤维膜及其制备方法和应用

说明书

本发明属于钙钛矿复合材料技术领域，具体涉及一种钙钛矿复合纳米纤维膜及其制备方法和应用；其制备方法包括以下步骤：在有机溶剂中配制聚合物溶液，所述聚合物包括聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚氨酯中的至少一种；将卤化铅加入所述聚合物溶液中得到纺丝液，将纺丝液进行静电纺丝，得到卤化铅/聚合物纳米纤维膜；将卤化铯溶液或甲基卤化胺溶液涂覆于卤化铅/聚合物纳米纤维膜之上，制得钙钛矿复合纳米纤维膜。本发明采用静电纺丝技术结合溶液法制备了钙钛矿复合纳米纤维膜，实现钙钛矿与聚合物纤维的结合，获得一维柔性钙钛矿材料，并使钙钛矿材料分布在纳米纤维的表面，有利于钙钛矿材料的光吸收和电荷的分离；且制备方法简单。

技术领域

本发明属于钙钛矿复合材料技术领域，具体涉及一种钙钛矿复合纳米纤维膜及其制备方法和应用。

背景技术

能源是人类赖以生存的战略性基础资源。太阳能电池将取之不尽、用之不竭的绿色太阳能转换成电能备受关注。随着纳米材料科学的发展，一类新型的太阳能电池，即钙钛矿太阳能电池(Perovskite solar cells，PSCs)应运而生。经过几年的研究发展，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已超过23％，应用潜力巨大。

钙钛矿光吸收层是钙钛矿太阳能电池的核心组成部分。钙钛矿晶体为ABX₃结构，在钙钛矿晶体中，A离子通常指的是有机阳离子CH₃NH₃⁺和无机阳离子Cs⁺位于立方晶胞的中心，被12个X离子(通常为Cl、Br或I)包围成配位立方八面体；B离子通常为Pb²⁺位于立方晶胞的角顶，被6个X离子包围成配位八面体，配位数为6。

目前最常用的钙钛矿光吸收层薄膜的制备方法为溶液旋涂法和双源共蒸发法。溶液旋涂法包括配料、高速旋转、溶剂挥发成膜三个步骤，通过控制匀胶的时间、转速加速度、滴液量以及所用溶液的浓度、粘度来控制成膜的厚度。旋涂法是依靠衬底旋转时产生的离心力及重力作用，将落在衬底上的涂料液滴全面流布于衬底表面的涂覆过程。然而，旋涂法只适用于在平面状衬底上制备单侧涂层，且一般旋涂衬底面积不宜过大。双源共蒸发法制备的钙钛矿薄膜厚度比较均一。但是双源共蒸发法的制备工艺比较复杂、能耗较高。另外，无论是旋涂法还是双源共蒸发法，钙钛矿薄膜的制备过程中必须沉积在特定的基底上。

静电纺丝是一种简便易行的制备连续纳米纤维的方法，其制备的纳米纤维的直径小，形貌结构可控，表面积大。因此，静电纺丝技术在能源、催化和环境等领域具有广泛的应用。因此，静电纺制备钙钛矿纳米纤维膜备受关注。如申请号为201510221419.4的专利文献公开了一种钙钛矿纳米纤维膜太阳能电池及其制备方法，其中制备方法包括：通过高分子为络合剂，将钙钛矿前驱体溶液直接静电纺丝制备得到有机-无机杂化铅卤基纳米纤维膜，作为钙钛矿太阳电池光吸收层。如Chen等采用同轴静电纺丝以钙钛矿为核、高聚物为皮的皮芯结构复合纳米纤维膜，然而其制备的复合纳米纤维中，钙钛矿位于纳米纤维内部，由于聚合物的遮挡，抑制其光捕获效率，从而降低了光生载流子的产生效率；并且聚合物完全阻挡钙钛矿与电荷传输层的有效接触，抑制电荷的转移，限制其在太阳能电池等领域的应用。利用共混静电纺丝法，如申请号为201810359252.1的专利文献公开了一种复合荧光纳米纤维膜的制备方法，其制得的复合荧光纳米纤维膜，依然会造成钙钛矿位于纤维内部。因此，钙钛矿在纳米纤维表面结晶的形成一维结构的钙钛矿纳米纤维膜成为钙钛矿纳米纤维膜研究的重点。

发明内容

基于现有技术中存在的上述不足，本发明提供一种钙钛矿复合纳米纤维膜及其制备方法和应用。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种钙钛矿复合纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

S1、在有机溶剂中配制聚合物溶液，所述聚合物包括聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚氨酯中的至少一种；

S2、将卤化铅加入所述聚合物溶液中得到纺丝液，将纺丝液进行静电纺丝，得到卤化铅/聚合物纳米纤维膜；