一种利用低纯度原料制备高质量卤族钙钛矿单晶的方法技术

一种利用低纯度原料制备高质量卤族钙钛矿单晶的方法，1）将低纯度的原料放入加热设备中，对加热设备进行升温和负压处理；2）向加热设备腔体内通入惰性气体，保持加热设备腔体稳定在设置的负压状态一段时间；3）将取出的原料按比例混合后，加入溶剂，溶解后的原料经过滤，加入反应容器中，保持单晶生长条件；4）保温保压至单晶生长结束，在容器中获得高质量的卤族钙钛矿单晶。本发明专利技术即可降低原料的制备成本，又不需要原料储存的苛刻条件。同时还能够利用受潮后的原料制造出高质量的卤族钙钛矿单晶。与现有的常规制备卤族钙钛矿单晶的方法相比，本发明专利技术复杂程度相当，但能非常简便的解决了现有技术中存在的问题。有技术中存在的问题。有技术中存在的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种利用低纯度原料制备高质量卤族钙钛矿单晶的方法


[0001]本专利技术涉及一种利用低纯度原料制备高质量卤族钙钛矿单晶的方法。

技术介绍

[0002]目前，制备卤族钙钛矿单晶对原料的要求非常高，纯度在99.5%以上的原料，每克在2000元之上，且原料的存储条件必须为无水无氧的环境。一方面导致原料的制作成本增高，另一方面对存储环境的要求非常苛刻。卤族钙钛矿单晶的原料受潮后不能够继续使用，带来了大量的原料浪费。

技术实现思路

[0003]为解决上述问题，本专利技术的目的在于提出一种利用低纯度原料制备高质量卤族钙钛矿单晶的方法。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案实现的。
[0005]本专利技术所述的一种利用低纯度原料制备高质量卤族钙钛矿单晶的方法，按以下步骤：（1）将低纯度的原料放入加热设备（管式炉或真空干燥箱）中，对加热设备进行升温和负压处理；（2）向加热设备腔体内通入惰性气体，保持加热设备腔体稳定在设置的负压状态一段时间；（3）将取出的原料按比例混合后，加入溶剂，溶解后的原料经过滤，加入反应容器中，保持单晶生长条件；（4）保温保压至单晶生长结束，在容器中获得高质量的卤族钙钛矿单晶。
[0006]步骤（1）所述的低纯度原料为纯度在99%
‑
95%的原料。
[0007]本专利技术所述的原料可以为钙钛矿粉末，包括：MAPbI3、MAPbBr3、MAPbCl3、FAPbI3、CsPbCl3、CsPbI3、CsPbBr3。
[0008]或者为制备钙钛矿的原料的A粉末和B粉末在0.5
‑
2比例范围内进行混合；所述的A粉末包括但不限于：MAI、MABr、MACl、FAI、CsI、CsBr、CsCl中的一种或几种。所述的B粉末包括但不限于：PbI2、PbBr2、PbCl2。
[0009]本专利技术所述的原料也可以为放置在大气环境中小于两年的钙钛矿粉末，包括：MAPbI3、MAPbBr3、MAPbCl3、FAPbI3、CsPbCl3、CsPbI3、CsPbBr3。
[0010]或者为放置在大气环境中小于两年的制备钙钛矿原料的A粉末和B粉末在0.5
‑
2比例范围内进行混合；所述的A粉末包括但不限于：MAI、MABr、MACl、FAI、CsI、CsBr、CsCl中的一种或几种。所述的B粉末包括但不限于：PbI2、PbBr2、PbCl2。
[0011]步骤（1）中所述的惰性气体包括：氩气、氮气、氦气；所述的加热设备温度≤100℃；所述负压≤10 kPa。
[0012]步骤（2）中所述的负压为步骤（1）所述的负压≤10 kPa，所述的一段时间为≥30分钟。
[0013]步骤（3）所述的原料按比例混合，当原料为钙钛矿粉末，为一种或两种以上的钙钛矿粉末以任意比例混合；当原料为制备钙钛矿的原料时，为制备钙钛矿的原料的A粉末和B粉末在0.5
‑
2比例范围内进行混合。
[0014]步骤（3）所述的溶剂包括：γ
‑
丁内酯、N
‑
N二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亚砜（DMSO）中的一种或两种以上。
[0015]所述的单晶生长条件为：初始温度40
‑
140℃，采取梯度升温方式，升温速率≤2℃/h，晶体生长时间＞30分钟。
[0016]优选地，步骤（3）溶解后的原料经过孔径≤0.45μm的过滤器过滤。
[0017]本专利技术所述的原料，还可以包括钙钛矿粉末的溶液原料，或者制备钙钛矿的原料的溶液原料，溶液浓度范围为0.5 M
‑
5 M，优选0.8
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1.5M，其溶剂可以为包括：γ
‑
丁内酯、DMF、DMSO中的一种或两种以上。
[0018]本专利技术利用低纯度原料或存放在大气环境中的原料来制备高质量的卤族钙钛矿单晶。一方面可以降低原料的制备成本，另一方面不需要原料储存的苛刻条件。此外，通过本专利技术提供的方法，还能够将受潮后的原料进行利用，制造出高质量的卤族钙钛矿单晶。并且本专利技术提供的制备方法和常规制备卤族钙钛矿单晶的方法复杂程度相当，非常简便的解决了现有技术中存在的问题。
附图说明
[0019]图1为实施例1所述的制备流程示意图。
[0020]图2为实施例2所述的制备流程示意图。
[0021]图3为实施例3所述的制备流程示意图。
[0022]图4为实施例4所述的制备流程示意图。
[0023]图5为实施例5所述的制备流程示意图。
[0024]图6为实施例6所述的制备流程示意图。
[0025]图7为实施例7所述的制备流程示意图。
[0026]图8为实施例1生长所得单晶研磨成粉末的XRD图谱。
[0027]图9为实施例2生长所得单晶研磨成粉末的XRD图谱。
[0028]其中，100为低纯度原料Ⅰ，101为低纯度原料Ⅱ，103为前驱体溶液，104为澄清溶液，105为单晶，120为坩埚，110为盖板，200为加热设备腔体，201为惰性气体源，202为气体流量计，203为腔体压力显示器，204为真空泵，301为加热搅拌台，302为棕色带盖的容量瓶，303为搅拌子，304为聚四氟乙烯针式过滤器，305为油浴锅。
具体实施方式
[0029]下面详细叙述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。
[0030]实施例1。利用低纯度MAPbI3制备高质量的卤族钙钛矿单晶。
[0031]图1为本实施例所述的制备流程示意图。本实施例所述的低纯度原料
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100为低纯度MAPbI3原料。
[0032]原料的预处理：将低纯度原料Ⅰ100（MAPbI3）加入到加热设备腔体200内的坩埚120中，并加上盖板110，然后用真空泵204对加热设备进行抽真空处理，腔体压力显示器203显示达到100Pa后，关闭真空泵204的阀门，打开气体流量计202，惰性气体从惰性气体源201中进入加热设备腔体200内，调节气体流量计202和真空泵204，使腔体压力显示器203显示在1kPa。加热设备腔体200内加热至45℃，保温30 min，在坩埚120中获得干燥后的MAPbI3原料。
[0033]制备流程：取6.2 g上述处理的MAPbI3原料100溶于内装11 mL γ
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丁内酯的棕色带盖的容量瓶302中，置于加热搅拌台301上，用搅拌子303在60℃下搅拌24 h至原料充分溶解。溶解后得到前驱体溶液103。将前驱体溶液103通过0.22 μm的聚四氟乙烯针式过滤器304过滤，得到过滤后澄清溶液104。将油浴锅305温度设定在90℃，待温度稳定后将盛有澄清溶液104的带盖容器放入油浴锅305中进行预热，预热时间20 min。预热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用低纯度原料制备高质量卤族钙钛矿单晶的方法，其特征是按以下步骤：（1）将低纯度的原料放入加热设备中，升温至≤100℃、负压≤10 kPa进行预处理；所述的惰性气体包括氩气、氮气或氦气；（2）向加热设备腔体内通入惰性气体，保持加热设备腔体稳定在≤10 kPa的负压状态，≥30分钟；（3）将取出的原料按比例混合后，加入溶剂，溶解后的原料经过滤，加入反应容器中，保持单晶生长条件：初始温度40
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140℃，采取梯度升温方式，升温速率≤2℃/h，晶体生长时间＞30分钟；所述的溶剂包括γ
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丁内酯、N
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N二甲基甲酰胺或二甲基亚砜中的一种或两种以上；（4）保温保压至单晶生长结束，在容器中获得卤族钙钛矿单晶；所述的低纯度原料为纯度在99%
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95%的原料；所述的原料为钙钛矿粉末，包括：MAPbI3、MAPbBr3、MAPbCl3、FAPbI3、CsPbCl3、CsPbI3、CsPbBr3；或者为制备钙钛矿的原料的A粉末和B粉末在0.5
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2比例范围内进行混合；所述的A粉末包括：MAI、MABr、MACl、FAI、CsI、CsBr、CsCl中的一种或几种；所述的B粉末包括：PbI2、PbBr2、PbCl2；步骤（3）所述的原料按比例混合，当原料为钙钛矿粉末，为一种或两种以上的钙钛矿粉末以任意比例混合；当原料为制备钙钛矿的原料时，为制备钙钛矿的原料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵婕，何松，周佳，俞星宇，王娟娟，钟文康，程抱昌，
申请(专利权)人：江西国创院新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：