一种低温反应制备铯基全无机钙钛矿材料的方法技术

本发明专利技术提供了一种低温反应制备铯基全无机钙钛矿材料的方法，采用有机盐作为前体，在较低的退火问题下制备高质量全无机铯铅卤素钙钛矿材料。所述方法具体包括以下步骤：A1、将醋酸铯CsAc、含卤素胺(铵)盐NX和卤化铅PbX

A method of preparing caesium based all inorganic perovskite by low temperature reaction

【技术实现步骤摘要】
一种低温反应制备铯基全无机钙钛矿材料的方法
本专利技术涉及一种低温反应制备铯基全无机钙钛矿材料的方法，具体地，涉及一种采用有机铯盐前驱体制备高质量铯基全无机钙钛矿薄膜的方法。
技术介绍
近年来，钙钛矿太阳电池成为可再生能源领域的研究热点，传统的有机无机杂化钙钛矿材料由于含有易挥发的有机胺组分，其稳定性较差，限制了其大规模应用。而铯基全无机钙钛矿材料具备与有机无机杂化钙钛矿材料相近的吸光范围，同时由于其不含有易挥发的有机胺组分因此有望从根本上解决钙钛矿材料的稳定性问题。然而目前铯基钙钛矿材料的制备方法存在着制备温度高(大于300摄氏度)、需要使用腐蚀性的氢卤酸添加剂或者前驱体等缺陷，提高了其制备成本(Chen,H.；Xiang,S.；Li,W.；Liu,H.；Zhu,L.；Yang,S.,Sol.RRL2018,2(2),1700188.)。因此探索新的铯基全无机钙钛矿膜的制备方法非常具有现实意义。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种低温反应制备铯基全无机钙钛矿材料(CsPbX3)的方法。通过使用有机铯盐作为前驱体来源制备得到了结晶性好，表面致密平整的全无机钙钛矿膜。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术提供了一种低温反应制备铯基全无机钙钛矿材料的方法，所述方法具体包括以下步骤：A1、将醋酸铯CsAc、含卤素胺(铵)盐NX和卤化铅PbX2溶解到溶剂中，得溶液A；A2、将溶液A涂覆到基片上，涂覆后退火，即得相应的铯基全无机钙钛矿材料。优选地，所述卤素胺(铵)盐NX中的胺(铵)阳离子组分为甲胺(CH3NH3+)或者铵(NH4+)中的至少一种。优选地，所述卤素胺(铵)盐NX和卤化铅PbX2中的卤素X为I、Br和Cl中的至少一种。优选地，步骤A1中，所述溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、γ-羟基丁酸内酯、二甲基亚砜中的一种或两种。优选地，步骤A2中，所述涂覆的手段为旋涂、喷雾、提拉、浸渍中的一种或多种的组合。优选地，所述铯基全无机钙钛矿材料为CsPbX3，其中，X为I、Br和Cl中的至少一种。优选地，所述醋酸铯、含卤素胺(铵)盐和卤化铅的摩尔比为1:1:1。醋酸铯负责提供铯源，卤素负责提供卤素原子来源，若摩尔比为其他值，则会导致得到的不是全无机钙钛矿，而是有机无机杂化钙钛矿。优选地，所述退火的温度为90～120℃，退火时间为1-5min。通过退火处理可除去溶剂和挥发性副产物醋酸胺(铵)。本专利技术通过有机铯盐和卤素胺(铵)盐作为前驱体材料制备工艺得到的铯基全无机钙钛矿薄膜基片致密，表面平整。其原理在于醋酸铯能够和卤素胺(铵)盐反应，生成一种易挥发的醋酸胺(铵)从薄膜中脱除，进而得到高质量的铯基钙钛矿薄膜。本专利技术特定选择醋酸铯，对于实现低温制备非常关键，若采用其他铯盐如碳酸铯、羧酸铯、氯化铯等代替醋酸铯，则无法通过低温制备得到全无机钙钛矿材料。本专利技术的制备方法能够在低退火温度下进行，无需制备其他前驱体，具有操作便利，成本较低，成膜性好，便于工厂规模化生产。与现有技术比较，本专利技术具有的有益效果为：1、本专利技术使用可以在低退火温度(100摄氏度)或者真空等条件下操作，显著降低了能耗，有利于工业化应用。2、本专利技术无需使用强腐蚀性的氢卤酸添加剂，降低了对生产设施的要求。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为实施例1所得材料的XRD图；图2为实施例1所得材料的紫外可见分光光谱图；图3为实施例1所得材料的SEM图；图4为对比例1所得材料的紫外可见分光光谱图；图5为实施例2所得材料的紫外可见分光光谱图；图6为实施例3所得材料的紫外可见分光光谱图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。实施例1本实施例涉及一种醋酸铯CsAc、碘甲胺MAI和碘化铅溶于DMF中进而旋涂制备铯铅碘CsPbI3钙钛矿膜的方法，所述方法包括如下步骤：1)将0.461g碘化铅、0.192g醋酸铯和0.159g碘甲胺溶解于2mLDMF中得到前驱体溶液A；上述碘化铅、醋酸铯和碘甲胺按摩尔比计算为1：1：1。2)将步骤1)所得到的溶液A在2500rpm、时间30s条件下旋涂到FTO基片，旋涂所得的基片100℃退火1分钟即可得到钙钛矿薄膜。图1为实施例1的X射线衍射图谱，从中可以得出实施例1得到的CsPbI3钙钛矿膜晶型为钙钛矿，结晶性良好；图2为实施例1的紫外可见光分光光谱图，从中可以看出实施例1得到的钙钛矿薄膜特征吸收明显；图3为实施例1的扫描电镜照片，照片表明，钙钛矿薄膜表面致密，覆盖度高。对比例1本对比例方法同实施例1，区别仅在于:在步骤1)中使用碘化铯(CsI)代替醋酸铯(CsAc)和碘甲胺(MAI)，得到的薄膜呈现光学性能较差的非黑色钙钛矿晶型(见图4)。实施例2本实施例涉及一种醋酸铯、溴化铵(NH4Br)和溴化铅溶于DMSO中进而旋涂制备铯铅溴CsPbBr3钙钛矿膜的方法，所述方法包括如下步骤：所述方法包括如下步骤：1)将0.369g溴化铅、0.192g醋酸铯和0.098g溴化铵(NH4Br)溶解于2mLDMF中得到前驱体溶液A；溴化铅、醋酸铯和溴甲胺按摩尔比计算为1：1：1。2)将步骤1)所得到的溶液A刮涂到FTO基片，将所得的基片120℃退火1分钟即可得到钙钛矿薄膜。本实施例所得钙钛矿XRD图谱见图5，表明得到相纯的铯铅溴CsPbBr3钙钛矿薄膜。且该钙钛矿薄膜结晶性良好，表面致密，覆盖度高。实施例3本实施例涉及一种醋酸铯、溴甲胺(MABr)和碘化铅溶于DMSO和DMF以体积比4：1混合的溶液中进而旋涂退火制备铯铅碘溴CsPbI2Br钙钛矿膜的方法，所述方法包括如下步骤：1)将0.461g碘化铅、0.192g醋酸铯和0.112g溴甲胺(MABr)溶解于2mLDMF和DMSO的混合溶液(体积比4：1)中得到前驱体溶液A；碘化铅、醋酸铯和溴甲胺按摩尔比计算为1：1：1。2)将步骤1)所得到的溶液A在2000rpm、时间30s条件下旋涂到FTO基片，所得的基片90℃退火3分钟即可得到铯铅碘溴CsPbI2Br钙钛矿薄膜。本实施例所得钙钛矿XRD图谱见图6，表明得到相纯的铯铅碘溴CsPbI2Br钙钛矿薄膜。且该钙钛矿薄膜结晶性良好，表面致密，覆盖度高。以上对本专利技术的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本专利技术并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温反应制备铯基全无机钙钛矿材料的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：/nA1、将醋酸铯CsAc、含卤素胺(铵)盐NX和卤化铅PbX

【技术特征摘要】
1.一种低温反应制备铯基全无机钙钛矿材料的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
A1、将醋酸铯CsAc、含卤素胺(铵)盐NX和卤化铅PbX2溶解到溶剂中，得溶液A；
A2、将溶液A涂覆到基片上，涂覆后退火，即得相应的铯基全无机钙钛矿材料。


2.根据权利要求1所述的低温反应制备铯基全无机钙钛矿材料的方法，其特征在于，所述卤素胺(铵)盐NX中的胺(铵)阳离子组分为甲胺或者铵中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的低温反应制备铯基全无机钙钛矿材料的方法，其特征在于，所述卤素胺(铵)盐NX和卤化铅PbX2中的卤素X为I、Br和Cl中的至少一种。


4.根据权利要求1所述的低温反应制备铯基全无机钙钛矿材料的方法，其特征在于，步骤A1中，所述溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、γ-羟基丁酸内酯、二甲基亚砜中的一种或两种。


5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵一新，钱旭芳，张太阳，王勇，岳东亭，阚淼，王兴涛，武敏，刘文华，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31