制备钙钛矿材料的方法以及中间体材料技术

本申请涉及制备钙钛矿材料的方法以及中间体材料。该中间体材料根据键合分子的不同具有两种类型，其一包括BX2和键合分子，其中，B为二价无机阳离子，X为卤素阴离子，所述键合分子为具有氧代基团的化合物，所述键合分子的DN*值大于β值；其二包括ABX3和键合分子，其中，所述键合分子为具有氧代基团的化合物，所述键合分子的DN*值小于或等于β值。使用该中间体材料来制备钙钛矿材料时，能够消除AX和BX2之间的计量比误差，同时也消除了ABX3与添加剂之间的计量比误差，稳固了前驱体的组分比例，提高了钙钛矿材料的纯度，有助于提高薄膜的质量以及薄膜、钙钛矿器件制备过程中的重复性。钙钛矿器件制备过程中的重复性。

【技术实现步骤摘要】
制备钙钛矿材料的方法以及中间体材料


[0001]本申请涉及制备钙钛矿材料的方法以及中间体材料。

技术介绍

[0002]在光伏产业领域中，有机
‑
无机杂化钙钛矿太阳能电池作为新一代薄膜电池已经逐渐展现出巨大的应用潜力，包括高的光电转换效率和低成本生产制备工艺等。钙钛矿吸光层是整个钙钛矿器件的核心，通过溶液湿法制备的薄膜质量影响并决定着钙钛矿器件的性能与表现，因此实现高质量、高重复性钙钛矿薄膜的制备是进一步提高钙钛矿器件性能的关键，钙钛矿溶液中材料的纯度、化学计量比以及添加剂的量都会大大影响着薄膜的质量。
[0003]现有技术中，钙钛矿材料ABX3是由原料组分1(AX:CH(NH2)X,CH3NH3X和CsX等)和组分2(BX2:PbX2,SnX2等)按等比例混合，采用先在溶液相中将钙钛矿原料组分1和组分2直接混合溶解，然后通过加热方式使晶体生长，得到等化学计量比的ABX3钙钛矿材料；但是上述过程中，钙钛矿材料在溶液相中会与添加剂相互作用，形成复杂的中间体形态，钙钛矿材料与添加剂的计量比以及中间体胶束的均匀程度都会影响钙钛矿薄膜制备过程中的重复性。因此，获得高纯度、等化学计量比的钙钛矿材料至关重要。

技术实现思路

[0004]第一方面，本申请提供一种用于形成钙钛矿材料的中间体材料，包括前体分子和键合分子，所述前体分子选自ABX3或者BX2，
[0005]其中，A为一价阳离子，B为二价无机阳离子，X为卤素阴离子，
[0006]所述键合分子为具有氧代基团的化合物。r/>[0007]在一种实施方式中，该用于形成钙钛矿材料的中间体材料包括BX2和键合分子，
[0008]其中，B为二价无机阳离子，X为卤素阴离子，
[0009]所述键合分子为具有氧代基团的化合物，所述键合分子的DN*值大于β值。
[0010]在一种实施方式中，所述键合分子选自以下化合物：
[0011][0012]在一种实施方式中，该用于形成钙钛矿材料的中间体材料包括ABX3和键合分子，
[0013]其中，A为一价阳离子，B为二价无机阳离子，X为卤素阴离子，
[0014]所述键合分子为具有氧代基团的化合物，所述键合分子的DN*值小于或等于β值。
[0015]在一种实施方式中，所述键合分子选自以下化合物：
[0016][0017]在一种实施方式中，A选自CH(NH2)
2+
、CH3NH
3+
、CH3(CH2)3NH
3+
、Cs
+
中的一种或多种；和/或
[0018]B选自Pb
2+
、Sn
2+
中的一种或多种；和/或
[0019]X选自F、Cl、Br和I中的一种或多种，优选为Cl、Br或者I。
[0020]本申请提供一种制备钙钛矿材料的方法，包括：
[0021]S11.提供包括BX2和键合分子的中间体材料；
[0022]S12.使包含所述中间体材料与AX的前驱体材料在基底上成膜；
[0023]S13经加热退火，形成钙钛矿材料。
[0024]本申请提供一种制备钙钛矿材料的方法，包括：
[0025]S21.提供包括ABX3和键合分子的中间体材料；
[0026]S22.使包含所述中间体材料的前驱体材料在基底上成膜；
[0027]S23经加热退火，形成钙钛矿材料。
[0028]在一种实施方式中，提供包括BX2和键合分子的中间体材料包括：使BX2和键合分子组合，经结晶，得到所述中间体材料。
[0029]在一种实施方式中，提供包括ABX3和键合分子的中间体材料包括：使BX2、键合分子以及AX组合，经结晶，得到所述中间体材料。
[0030]在一种实施方式中，结晶在结晶溶剂中进行，其中，所述结晶溶剂可以选自乙酸乙
酯、乙醚、氯苯、氯仿等非质子极性溶剂。
[0031]在一种实施方式中，加热退火的条件包括：在湿度20
‑
30RH％、温度20
‑
30℃的空气氛围中保持10
‑
20min，之后在90
‑
120℃的退火温度进行退火。
[0032]本申请还涉及本申请的中间体材料在制备钙钛矿太阳能电池中的应用，以及一种钙钛矿太阳能电池，其包含本申请得到的钙钛矿材料。
[0033]在ABX3钙钛矿制备过程中，采用的键合分子会影响所制备的钙钛矿薄膜的质量以及器件性能。本专利技术通过将组分1(AX)、组分2(BX2)溶解在键合分子(添加剂)中，通过缓慢扩散、结晶的方法获得中间体材料；根据键合分子的不同，中间体材料具有不同的结构和组成。使用该中间体材料来制备钙钛矿材料时，能够消除组分1(AX)和组分2(BX2)之间的计量比误差，同时也消除了ABX3与添加剂之间的计量比误差，提高了钙钛矿材料的纯度，稳固了前驱体的组分比例，有助于提高薄膜的质量以及薄膜、钙钛矿器件制备过程中的重复性。
附图说明
[0034]图1中a示出实施例1所得的NMP插层钙钛矿晶体的FAPbI3‑
NMP中间体材料的晶相结构，图1中b和c分别示出钙钛矿晶体FAPbI3的两种晶相(δ相和α相)。由图1中a可以看出，FAPbI3‑
NMP中间体材料中FA
+
与NMP分子之间呈弱氢键作用，且该FAPbI3‑
NMP中间体材料与FAPbI3的两种晶相(δ相和α相)是完全不同的结构。
[0035]图2进一步示出实施例1所得的NMP插层钙钛矿晶体的FAPbI3‑
NMP中间体材料的晶相结构，并分别示出FAPbI3的结构和NMP与FA
+
之间的通过氢键连接。
[0036]图3中a和b分别示出实施例1所得的FAPbI3‑
NMP中间体粉末的XRD图谱和热重分析图，显示出FAPbI3‑
NMP中间体材料中含有NMP，进一步说明含键合分子的钙钛矿中间体粉末制备成功。
[0037]图4示出实施例10所得的钙钛矿中间体粉末PbI2‑
DMSO的晶相图，显示了钙钛矿中间体粉末PbI2‑
DMSO中B结合位点，以及PbI2与DMSO的摩尔比。结果表明，使用二甲基亚砜(DMSO)作为键合分子时，得到的中间体材料为PbI2‑
DMSO，不含有碘甲脒(FAI)。
[0038]图5示出实施例10所得的钙钛矿中间体粉末PbI2‑
DMSO的拉曼光谱图。
[0039]图6示出测试例中太阳能电池测试电压
‑
电流曲线。
[0040]图7示出对比例2中合成的α
‑
FAPbI3粉末以及对比例3中合成的δ
‑
FAPbI3粉末的XRD信号图。
具体实施方式
[0041]下面通过附图和实施例对本申请进一步详细说明。通过这些说明，本申请的特点和优点将变得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于形成钙钛矿材料的中间体材料，包括前体分子和键合分子，所述前体分子选自ABX3或者BX2，其中，A为一价阳离子，B为二价无机阳离子，X为卤素阴离子，所述键合分子为具有氧代基团的化合物。2.根据权利要求1所述的中间体材料，其中，所述中间体材料包括BX2和键合分子，其中，所述键合分子的DN*值大于β值。3.根据权利要求2所述的中间体材料，其中，所述键合分子选自以下化合物：4.根据权利要求1所述的中间体材料，其中，所述中间体材料包括ABX3和键合分子，其中，所述键合分子的DN*值小于或等于β值。5.根据权利要求4所述的中间体材料，其中，所述键合分子选自以下化合物：5.根据权利要求4所述的中间体材料，其中，所述键合分子选自以下化合物：
6.根据权利要求1
‑
5中任一项的中间体材料，其中，A选自CH(NH2)
2+
、CH3NH
3+
、CH3(CH2)3NH
3+
、Cs
+
中的一种或多种；和/或B选自Pb
2+
、Sn
2+
中的一种或多种；和/或X选自F、Cl、Br和I中的一种或多种，优选为Cl、Br或者I。7.一种制备钙钛矿材料的方法，包括：S11.提供权利要求2的中间体材料；...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴炳辉，黄晓锋，尹君，李静，郑南峰，
申请(专利权)人：嘉庚创新实验室，
类型：发明
国别省市：