Способ получения светопоглощающего материала со структурой перовскита

Изобретение относится к способу получения органо-неорганического светопоглощающего материала со структурой перовскита, который может быть использован при изготовлении «перовскитных» солнечных ячеек. Описан способ получения светопоглощающего материала со структурой перовскита со структурной формулой ADB₃, где катионом А является CH₃NH₃⁺, (NH₂)₂CH⁺, C(NH₂)₃⁺, Cs⁺ или их смесь, анионом В является Cl^-, Br^-, I^- или их смесь, а компонентом D является Sn, Pb или Bi или их смесь, заключающийся в смешивании реагента композиции АВ - nB₂ и реагента, содержащего D, где в качестве реагента, содержащего D, используется Sn, Pb или Bi в виде металла или в составе сплавов, оксидов, солей, при этом на реагент D наносится реагент композиции АВ - nB₂, с последующим удалением избытка реагентов, а в реагенте композиции АВ - nB₂, n больше или равен единице, а компонентом В₂ является Cl₂, Br₂, I₂ или их смесь. Технический результат: разработан способ получения светопоглощающего органо-неорганического материала со структурой перовскита без использования растворителя. 7 з.п. ф-лы, 3 пр.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способу получения органо-неорганического светопоглощающего материала со структурой перовскита, который может быть использован при изготовлении «перовскитных» солнечных ячеек.

Уровень техники

Из уровня техники известны способы получения органо-неорганических светопоглощающих материалов со структурой перовскита. Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ изготовления перовскитов CH₃NH₃PbI₃ и CH₃NH₃PbBr₃.

Так в патенте CN 104250723, 09/09/2014, Zhi Zheng, Cheng Camry, Lei Yan, Jia Huimin, Ho Wei Wei, He Yingying "Chemical method for in-situ large-area controlled synthesis of perovskite type CH₃NH₃PbI₃ membrane material based on lead simple-substance membrane" описывается способ изготовления перовскита CH₃NH₃PbI₃ в результате погружения металлического свинца в раствор йода и йодида метиламмония в органическом растворителе, например, этаноле.

В патенте CN 105369232, 16/02/2015, Zhi Zheng, Не Yingying, Lei Yan, Cheng Camry, Jia Huimin, Ho Wei Wei, "Lead-based perovskite-type composite elemental thin-film in-situ wide area control CH₃NH₃PbBr₃ film material chemical method" описывается способ изготовления перовскита CH₃NH₃PbBr₃ в результате погружения металлического свинца в раствор бромида метиламмония в органическом растворителе, например, изопропаноле.

Недостатком вышеуказанных методов является необходимость использования растворителя, что усложняет и замедляет технологический процесс формирования органо-неорганического перовскита, приводит к производственным рискам, рискам для здоровья и экологии.

Раскрытие изобретения

Задачей заявляемого технического решения является разработка простого, быстрого и малоотходного способа получения светопоглощающих органо-неорганических материалов со структурой перовскита без использования растворителя, который позволит использовать полученный материал в солнечных ячейках.

Техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемого изобретения, является простой и быстрый способ получения светопоглощающего органо-неорганического материала со структурой перовскита без использования растворителя, который позволит использовать полученный материал в солнечных ячейках.

Технический результат достигается тем, что светопоглощающий материал со структурой перовскита со структурной формулой ADB₃, где катионом А является CH₃NH₃⁺, (NH₂)₂CH⁺, C(NH₂)₃⁺, Cs⁺ или их смесь, анионом В является Cl^-, Br^-, I^- или их смесь, а компонентом D является Sn, Pb или Bi или их смесь, может быть получен смешиванием реагента композиции АВ - nB₂ и реагента, содержащего D, где в качестве реагента, содержащего D, используется Sn, Pb или Bi в виде металла или в составе сплавов, оксидов, солей, при этом на реагент D наносится реагент композиции АВ - nB₂, с последующим удалением избытка реагентов, а в реагенте композиции АВ - nB₂, n больше или равен единице, а компонентом В₂ является Cl₂, Br₂, I₂ или их смесь.

В частном случае реализации изобретения, смешивание реагента АВ - nB₂ и реагента, содержащего D осуществляется путем растворения компонента D в смеси, содержащей компоненты А и В, с последующим повышением температуры или смешивание реагента АВ - nB₂ и реагента, содержащего D осуществляется путем растворения компонента D в смеси, содержащей компоненты А и В, с последующим понижением давления или смешивание реагента АВ - nB₂ и реагента D осуществляется путем растворения компонента D в смеси, содержащей компоненты А, В, D, с последующим повышением температуры или смешивание реагента АВ - nB₂ и реагента D осуществляется путем растворения компонента D в смеси, содержащей компоненты А, В, D, с последующим понижением давления. Кроме этого, смешивание реагентов АВ - nB₂ и реагента, содержащего D, может осуществляться путем нанесения реагентов АВ - nB₂ на реагент, содержащий D. Кроме этого, нанесение реагентов АВ - nB₂ на реагент, содержащий D, может осуществляться любым из перечисленных способов или их комбинацией: нанесение на вращающуюся подложку, напыление, погружение, дозирование лезвием, накалывание, рулонное нанесение, трафаретная печать, а избыток компонента В композиции АВ - nB₂ может удаляться любым из перечисленных способов или их комбинацией: промывание в растворителе, накалывание растворителя на поверхность, прокаливание при повышенной температуре, снижение давления, использование вещества, поглощающего компонент В.

Основной особенностью получения новой композиции светопоглощающего материала со структурой перовскита является быстрое и простое его получение без использования растворителя по следующей реакции: АВ - nB₂ + С = ADB₃ + (n-1)В₂.

Ниже приведен вариант приготовления светопоглощающего материала со структурой перовскита общей формулы ADB₃.

Пример конкретного выполнения

В качестве примера конкретного выполнения приведены сведения о реализации заявляемого способа и получении перовскитной солнечной ячейки.

Пример 1

На проводящую подложку, представляющую собой слой свинца толщиной 250 нм, нанесенный на блокирующий слой TiO₂, который, в свою очередь, нанесен на проводящую подложку FTO (fluorinated tin oxide) или ITO (indium doped tin oxide), наносится накапыванием композиция MAI - 2I₂, полученная смешением 159 мг MAI и 508 мг I₂, после чего подложка приводится во вращение на спинкоатере. После этого подложка нагревается и выдерживается при температуре 115°С в течение 30 минут. В результате на стеклянной подложке образуется слой перовскита MAPbI₃.

Пример 2

К композиции состава АВ - nB₂ (А = МА; В = I, Br; n≥1), полученной путем смешения 127 мг MAI, 22 мг MABr и 508 мг I₂, в избытке добавляется порошок Pb в количестве 20 мг, после чего смесь перемешивается в течение 12 часов. После этого смесь фильтруется с использованием фильтра ПТФЭ (размер пор 0,45 мкм). На стеклянную подложку с нанесенным на ее поверхность слоем свинца толщиной 50 нм наносится полученный фильтрат, после чего подложка приводится во вращение на спинкоатере. По окончании вращения подложка погружается в изопропанол, затем вынимается и высушивается. В результате на стеклянной подложке образуется слой перовскита MAPbI_xBr_3-x.

Пример 3

На стеклянную подложку с нанесенным на ее поверхность слоем свинца толщиной 250 нм наносится накапыванием композиция состава АВ - nB₂ (А = MA, FA; В = I, Br; n≥1), полученная смешением 137 мг FAI, 22 мг MABr и 508 мг I₂, после чего подложка приводится во вращение на спинкоатере. За 15 секунд до окончания вращения на подложку накапывается 100 мкл изопропанола. В результате на стеклянной подложке образуется слой перовскита MA_xFA_1-xPbI_3yBr_3-3y (0≤х≤1; 0≤y≤1).

1. Способ получения светопоглощающего материала со структурой перовскита со структурной формулой ADB₃, где катионом А является CH₃NH₃⁺, (NH₂)₂CH⁺, C(NH₂)₃⁺, Cs⁺ или их смесь, анионом В является Cl^-, Br^-, I^- или их смесь, а компонентом D является Sn, Pb или Bi или их смесь, заключающийся в смешивании реагента композиции АВ - nB₂ и реагента, содержащего D, где в качестве реагента, содержащего D, используется Sn, Pb или Bi в виде металла или в составе сплавов, оксидов, солей, при этом на реагент D наносится реагент композиции АВ - nB₂, с последующим удалением избытка реагентов, а в реагенте композиции АВ - nB₂, n больше или равен единице, а компонентом В₂ является Cl₂, Br₂, I₂ или их смесь.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что смешивание реагента АВ - nB₂ и реагента, содержащего D, осуществляется путем растворения компонента D в смеси, содержащей компоненты А и В, с последующим повышением температуры.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что смешивание реагента АВ - nB₂ и реагента, содержащего D, осуществляется путем растворения компонента D в смеси, содержащей компоненты А и В, с последующим понижением давления.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что смешивание реагента АВ - nB₂ и реагента D осуществляется путем растворения компонента D в смеси, содержащей компоненты А, В, D, с последующим повышением температуры.

5. Способ по п. 1 или 4, отличающийся тем, что смешивание реагента АВ - nB₂ и реагента D осуществляется путем растворения компонента D в смеси, содержащей компоненты А, В, D, с последующим понижением давления.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что смешивание реагентов АВ - nB₂ и реагента, содержащего D, осуществляется путем нанесения реагентов АВ - nB₂ на реагент, содержащий D.

7. Способ по п. 4, отличающийся тем, что нанесение реагентов АВ - nB₂ на реагент, содержащий D, осуществляется любым из перечисленных способов или их комбинацией: нанесение на вращающуюся подложку, напыление, погружение, дозирование лезвием, накапывание, рулонное нанесение, трафаретная печать.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что избыток компонента В композиции АВ - nB₂ удаляется любым из перечисленных способов или их комбинацией: промывание в растворителе, накапывание растворителя на поверхность, прокаливание при повышенной температуре, снижение давления, использование вещества, поглощающего компонент В.