大尺寸钙钛矿结构甲胺溴铅晶体的制备方法技术

本发明专利技术公开了大尺寸钙钛矿结构甲胺溴铅晶体的制备方法，将PbBr2用HBr溶液溶解，得到Pb2+-HBr溶液；将HBr溶液与CH3NH2溶液按摩尔比1:1混合，在0℃下反应2h，得到CH3NH2Br溶液；然后将上述得到的Pb2+-HBr溶液与CH3NH2Br溶液混合，置于70℃下预热48h，得到CH3NH3PbBr3过饱和溶液，过滤，得到澄清的黄色液体，于70℃的水浴中预热12h，降温至50℃，恒温蒸发得到CH3NH3PbBr3晶体。本发明专利技术工艺中HBr溶液既参与原料合成，又是晶体生长的溶剂，具有合成工艺简单，副反应少的优点；生长装置简易，能生长出高质量、大尺寸的晶体。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，将PbBr2用HBr溶液溶解，得到Pb2+-HBr溶液；将HBr溶液与CH3NH2溶液按摩尔比1:1混合，在0℃下反应2h，得到CH3NH2Br溶液；然后将上述得到的Pb2+-HBr溶液与CH3NH2Br溶液混合，置于70℃下预热48h，得到CH3NH3PbBr3过饱和溶液，过滤，得到澄清的黄色液体，于70℃的水浴中预热12h，降温至50℃，恒温蒸发得到CH3NH3PbBr3晶体。本专利技术工艺中HBr溶液既参与原料合成，又是晶体生长的溶剂，具有合成工艺简单，副反应少的优点；生长装置简易，能生长出高质量、大尺寸的晶体。【专利说明】
本专利技术涉及，是一种采用溶液蒸发法 人工培养晶体的方法，属晶体材料制备
。
技术介绍
从2009年到2013年，CH3NH3PbX3(X=Cl，Br，I)钙钛矿型太阳能电池的功率转化 效率从3. 8%到超过15%，在世界范围内，对钙钛矿型太阳能电池的研究达到空前热度，入选 《Science》杂志公布的2013年度十大科技突破。这类材料兼有无机组元高的载流子迁移率 和有机组元良好的易柔性加工性能，能高效地吸收从可见光到波长800nm的广谱光，还具 有能在Ti0 2，Al203等多孔材料上通过溶液化学反应直接合成的特点，适合涂覆工艺等优势。 从商业价值的角度，其光伏过程的能量损耗（〇.4eV)与晶体硅太阳能电池相当，远低于传 统的DSSCs和有机太阳能电池（约为0. 7eV - 0. 8eV)。另外，钙钛矿结构材料在吸收蓝色和 绿色光子方面比硅更好。很多光伏太阳能领域的顶级科学家乐观地预言CH3NH 3PbX3(X=Cl， Br，I)等钙钛矿结构材料将成为新一代高效全固态太阳能电池的首选。然而，从实用的角 度，这类太阳能电池的性能还亟待优化。由于CH 3NH3PbX3(X=Cl，Br，I)存在多变的结构及生 长技术的困难，对这种晶体的结构化学、结晶化学、许多独特的光学，电学和磁学性能等方 面还存在诸多疑问。对于CH 3NH3PbBr3单晶，目前检索得到的最大尺寸为2_。为了获得准 确的材料结构和性能信息，我们采用溶液生长法制备较大尺寸的CH 3NH3PbBr3单晶，为研究 CH3NH3PbBr3材料的物化性能，光学性能，电学性能及光电性能等提供材料基础，同时通过这 些性能的研究，为优化CH 3NH3PbBr3太阳能电池的性能提供理论依据。
技术实现思路
针对目前大尺寸钙钛矿结构甲胺溴铅晶体（CH3NH3PbBr 3晶体)的制备技术的欠缺， 为了获得大尺寸的CH3NH3PbBr 3单晶，特提出新的CH3NH3PbBr3单晶的培育方法。 ，采用溶液蒸发法，包括如下步骤： 1) 将0. 01摩尔的PbBr2用25 ml质量浓度为48%的HBr溶液溶解，配制Pb2+-HBr溶 液； 2) 将HBr溶液与CH3NH2溶液按摩尔比1:1混合，在0?10°C下反应2h，得到CH 3NH2Br 溶液； 3) 将步骤1)得到的Pb2+-HBr溶液与步骤2)得到的CH3NH2Br溶液混合，其中Pb 2+与 CH3NH2fc的摩尔比为1: (1?2)，优选为1:1.5;置于60?701：下预热48?7211，得到 CH3NH3PbBr3过饱和溶液，过滤，得到澄清的黄色液体作为CH 3NH3PbBr3晶体生长的母液； 4) 将步骤3)得到的母液于饱和温度下预热12h-24h，然后以1°C /h的速率降温至 50°C，得到橙红色CH3NH3PbBr3晶体，在50°C恒温蒸发至溶液液面高于晶体表面2-3mm ; 5) 在50°C恒温状态下，取出橙红色CH3NH3PbBr3晶体，除去晶体表面的溶液，得到尺寸 达5mm的大尺寸CH 3NH3PbBr3晶体，即为大尺寸钙钛矿结构甲胺溴铅晶体。 步骤1)和步骤2)中HBr溶液的质量百分浓度为48%。 步骤1)中采用将0. 01摩尔的PbBr2用25 ml，48%的HBr溶液溶解，配制Pb2+-HBr 溶液，该步骤中PbBr2与HBr的比例关系决定了能否获得饱和溶液及晶体的尺寸； 步骤2)中CH3NH2溶液的质量百分浓度为40%。 步骤4 )中降温速率为1 °C /h。 有益效果： 1) 本专利技术工艺，HBr溶液既参与原料合成，又是晶体生长的溶剂，具有合成工艺简单， 副反应少的优点； 2) 本专利技术以PbBr2, HBr溶液，CH3NH2溶液为原料，生长装置简易，能生长出高质量、大尺 寸的晶体，生长出的晶体尺寸商达5mm。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术CH3NH3PbBr3晶体制备工艺流程图； 图2 CH3NH3PbBr3晶体样品图片； 图3 CH3NH3PbBr3晶体的XRD图谱。 【具体实施方式】 现结合实施例，将本专利技术进一步详细叙述如下： 实验所用试剂的纯度为 PbBr2 (溶质） 纯度 99. 99% HBr (溶液） 重量百分浓度48% CH3NH2 (溶液） 重量百分浓度40% 实施例1 : ，步骤如下： 1) 称取0. Olmol的PbBr2，用25ml，质量浓度为48%的HBr溶液在室温下溶解，配制 Pb2+-!ffir 溶液； 2) 按照HBr与CH3NH2的摩尔比为1: 1，分别量取质量浓度48%的HBr溶液，质量浓度 40%的CH3NH2溶液各2. 32ml，1. 72ml，将这两个溶液混合并且密封，置于0°C冰水浴中2h，得 到CH3NH2Br溶液； 3 )在室温下，将Pb2+-HBr溶液与CH3NH2Br溶液混合，底部即刻出现橙红色固体物质，将 该溶液置于70°C水浴中预热48h ; 4) 保持溶液温度为70°C情况下，过滤除去橙红色固体物质。将得到的澄清的黄色液体 作为CH3NH3PbBr 3晶体生长的母液； 5) 将上述母液放置于70°C的水浴中预热12h ; 6) 设计降温程序，降温速率为1°C /h，将溶液温度下降至50°C，在50°C恒温蒸发，蒸发 至溶液液面高于晶体表面2mm ; 7) 在50°C恒温条件下，析出液体，将底部橙红色晶体小心取出； 8) 用过滤纸吸干晶体表面的溶液，得到尺寸为5mm的CH3NH3PbBr3晶体。 图1为CH3NH3PbBr3晶体制备流程图，图2为获得CH3NH 3PbBr3晶体照片，晶体尺寸 较大，晶面光洁。图3为CH3NH3PbBr3晶体的XRD图谱，证实得到晶体为立方晶系CH 3NH3PbBr3 晶体。 以上结果说明，采用以上溶液法蒸发晶体生长工艺，可以获得较大尺寸，高质量的 CH3NH3PbBr3 晶体。【权利要求】1. ，其特征是在于：采用溶液蒸发法，包 括如下步骤： 1) 将0. 01摩尔的PbBr2用25 mL质量浓度为48%的HBr溶液溶解，配制Pb2+-HBr溶 液； 2) 将HBr溶液与CH3NH2溶液按摩尔比1:1混合，在0?10°C下反应2h，得到CH 3NH2Br 溶液； 3) 将步骤1)得到的Pb2+-HBr溶液与步骤2)得到的CH3NH2Br溶液混合，其中Pb 2+与 CH3NH2fo·的摩尔比为1: (1?2);置于60?70°C下预热4本文档来自技高网...

【技术保护点】
大尺寸钙钛矿结构甲胺溴铅晶体的制备方法，其特征是在于：采用溶液蒸发法，包括如下步骤：1）将0.01摩尔的PbBr2用25 mL质量浓度为48%的HBr溶液溶解，配制Pb2+‑HBr溶液；2）将HBr溶液与CH3NH2溶液按摩尔比1:1混合，在0～10℃下反应2h，得到CH3NH2Br溶液；3）将步骤1）得到的Pb2+‑HBr溶液与步骤2）得到的CH3NH2Br溶液混合，其中Pb2+与CH3NH2Br的摩尔比为 1:（1～2）；置于60～70℃下预热48～72h，得到CH3NH3PbBr3过饱和溶液，过滤，得到澄清的黄色液体作为CH3NH3PbBr3晶体生长的母液；4）将步骤3）得到的母液于60～70℃下预热12h‑24h，然后降温至50℃，得到橙红色CH3NH3PbBr3晶体，在50℃恒温蒸发至溶液液面高于晶体表面2‑3mm；5）在50℃恒温状态下，取出橙红色CH3NH3PbBr3晶体，除去晶体表面的溶液，得到尺寸达5mm的大尺寸CH3NH3PbBr3晶体，即大尺寸钙钛矿结构甲胺溴铅晶体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：苏静，仲坤，缪菊红，雷勇，史鹏飞，朱万祺，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32