[发明专利]一种水系钙钛矿光电转换系统

说明书

本发明属于光电材料领域，具体涉及一种水系钙钛矿光电转换系统，该系统通过香豆素染料和钙钛矿CHsubgt;3/subgt;NHsubgt;3/subgt;PbIsubgt;3/subgt;材料的强耦合提升钙钛矿材料的水相光电性质。本发明的水系钙钛矿光电转换系统结构简单，原材料容易获得，且系统在水溶液中的光电流比单一染料敏化钙钛矿薄膜增加40%，比单一钙钛矿薄膜产生的光电流高几个数量级，其香豆素染料共敏钙钛矿的方案可以应用于包括太阳能电池、光电探测器、发光二极管、光催化剂和水分解系统等领域。

技术领域

本发明属于光电材料领域，具体涉及一种水系钙钛矿光电转换系统。

背景技术

近些年来，环境污染以及能源危机的问题日益加剧，使得开发新型清洁能源已经迫在眉睫，太阳能作为一种可持续再生能源，其清洁、高效的特点受到人们的青睐。而作为具有良好光电特性的钙钛矿材料成为制作太阳能电池的优选材料。目前以钙钛矿薄膜材料为基础的太阳能电池光电转化效率已经超越传统硅太阳能电池，且钙钛矿太阳能电池制备成本远低于其他类型太阳能电池，因此将来钙钛矿太阳能电池很有可能取代传统硅太阳能电池。

而卤化物钙钛矿薄膜在空气和水溶液中的光电化学性能差，限制了其在工业领域的应用。1991年提出了利用光致电子转移(photoinduced electron transfer)的染料敏化光化学电池(光电转换装置)，由于这种光电转换装置具有高的光电转换效率、不需要大型制造系统并且可使用价格低廉的材料以良好的生产能力进行简单的制造，因而期待其作为下一代太阳能电池。日本专利JP2009081141A公开了一种染料敏化光电转换装置，其中提到，一种染料不能够达到足够的光吸收率，那么可考虑使用吸收波长特性彼此不同的多种染料作为光敏染料，然而，当多种染料在一个半导体层上混合并使用时，实际上几乎在所有情况下都将使光电转换效率下降，这是因为，通过染料之间电子转移等从吸收电子获得电流的比率，即量子产率明显下降。

香豆素及其衍生物具有优良的荧光量子效率、高的摩尔吸光系数以及大的Stoke位移，广泛地应用于塑料着色、彩色荧光涂料、太阳能聚集器的彩色荧光树脂，以及感光材料、光敏材料、光盘记录材料等高新技术领域。由于在可见光区响应度高、太阳光照射下稳定性好，香豆素类染料分子作为一类发展前景良好的染料敏化剂受到了广泛关注。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种水系钙钛矿光电转换系统，其中提出了一个新的概念“共敏钙钛矿”，即采用染料共敏策略，通过两种商用香豆素染料提高钙钛矿薄膜的光电性能，本发明还提供了该水系钙钛矿光电转换系统的制备方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种水系钙钛矿光电转换系统，选取含有羧基和吡啶锚定基团的香豆素双染料吸附于铅卤钙钛矿膜表面以提高其水相光电性能。

上述水系钙钛矿光电转换系统，是通过如下步骤制备而成：

1）将FTO导电玻璃清洗、烘干，将TiO₂匀浆刮涂在FTO导电面上，加热到目标温度，保温反应之后自然降至室温，得到覆有TiO₂电子传输层的系统基底；

2）取碘化铅、甲胺氢碘酸盐以及DMF溶剂，均匀混合，搅拌，得到钙钛矿溶液；

3）将步骤2）所得钙钛矿溶液滴加在步骤1）所得覆有TiO₂电子传输层的系统基底上，烘干后得到携载有钙钛矿薄膜的系统基底；

4）将步骤3）中系统基底放入香豆素343染料和香豆素510染料的混合溶液中敏化后取出自然风干。

作为本申请的优选技术方案，所述步骤1）中，清洗时间为0.5小时，烘干温度为40℃，目标温度为450~500℃，加热速率为5℃/min，保温时间为0.5小时。

作为本申请的优选技术方案，所述步骤2）中，搅拌时间为0.5小时，钙钛矿溶液浓度为0.1M。