【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钙钛矿太阳能电池制备，具体涉及一种高质量的钙钛矿材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着社会的不断发展，能源的紧缺问题被国际社会提上了日程，开发绿色无污染的新型能源也成为人们迫切的需求。近年来，钙钛矿太阳能电池因其优异的光电性能吸引了化学家的广泛关注，从而开展了大量关于钙钛矿的研究，科学家们试图了解和改善钙钛矿优异的光物理性质，包括高的光吸收系数、可调谐的直接带隙和长程载流子扩散长度。在不断的实验探索过程中钙钛矿的效率迅速增长到25％以上，这也使得钙钛矿太阳能电池商业化成为现实。
2、钙钛矿吸光层作为钙钛矿太阳能电池的核心组成部分，一直都是研究的重点内容，钙钛矿前驱体溶液直接影响钙钛矿薄膜的成膜质量，并且在实验中分别称量钙钛矿组分会花费大量时间和人工。此外，采用蒸镀法制备钙钛矿吸光层常因无法精确控制铅盐的蒸镀速率和蒸发源的温度而导致得到的无机盐薄膜质量较差，无法得到高质量的钙钛矿薄膜。
技术实现思路
1、因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术在制备钙钛矿材料时需要在实验过程中分别称量钙钛矿组分，花费时间较长，得到的钙钛矿薄膜质量有待进一步提高，且现在技术采用蒸镀法制备钙钛矿层时无法精确控制铅盐的蒸镀速率和蒸发源的温度，导致无机盐薄膜质量较差等缺陷，从而提供一种高质量的钙钛矿材料及其制备方法和应用。
2、为此，本专利技术提供了以下技术方案。
3、本专利技术第一方面提供了一种高质量的钙钛矿材料的制备方法，钙钛矿前驱体至少包
4、配制含有机盐的溶液；采用熔融盐结晶法将所有铅盐混合均匀，得到铅盐合金相，然后采用蒸镀法将铅盐合金相蒸镀在基底，涂覆所述含有机盐的溶液，第一退火，得到钙钛矿材料；或，
5、采用机械球磨法将钙钛矿前驱体混合均匀，配制含钙钛矿前驱体的溶液，涂覆所述含钙钛矿前驱体的溶液，第二退火，得到钙钛矿材料。
6、在本专利技术中，钙钛矿材料结构式为abx3，其中，a为fa(甲脒)、ma(甲胺)或cs等，b为pb等，x为i、br等。
7、所述机械球磨法的球磨转速为100rpm～500rpm，时间为30min～600min；在进行球磨时，使得钙钛矿前驱体材料在球磨罐中能够无死角混合均匀。
8、优选地，所述第一退火的温度为90℃～110℃，时间为10min～20min。
9、所述制备方法，以球磨罐1000ml计，所述机械球磨法的研磨介质是5～20颗直径为0.2cm～1cm的氧化锆小球或玛瑙小球；
10、优选地，所述机械球磨法在保护气氛下进行；所述保护气氛为惰性气体和氮气中的至少一种。其中，惰性气体例如氩气等。
11、在本专利技术中，采用机械球磨法将钙钛矿前驱体混合均匀后，加入溶剂配制得到含钙钛矿前驱体的溶液；在配制含钙钛矿前驱体的溶液时，对溶剂种类不做具体限定，在本专利技术中优选n,n-二甲基甲酰胺(dmf)和二甲基亚砜(dmso)的复配溶剂，其体积比优选为4:1；在配制含钙钛矿前驱体的溶液时，加入溶剂后还包括在50℃～60℃下搅拌2h～4h的步骤，从而得到含钙钛矿前驱体的溶液。进一步地，本专利技术对钙钛矿前驱体中的各个原料的配比没有具体限制，采用本领域常规配比即可，例如pbbr2、pbi2、fai、mabr和csi的质量比为7:30:4:2:1等。
12、所述熔融盐结晶法的熔融温度为350℃～520℃，时间为30min～50min；
13、优选地，所述熔融盐结晶法是在惰性气体和氮气中的至少一种气氛中进行的，避免熔融过程发生氧化反应。其中，惰性气体例如氩气等。
14、所述铅盐为pbcl2、pbbr2和pbi2中的至少一种；当铅盐包括两种成分时，其组合方式可以为pbcl2和pbbr2，pbcl2和pbi2，pbbr2和pbi2中任意组合，这两种成分的质量比不做具体限定，例如2:1、3:2、5:3、3:7等；当铅盐包括pbcl2、pbbr2和pbi2，对这三种成分的质量比不做具体限定，例如8:1:1、8:2:1、1:1:1、1:4:1、8:5:1等。优选地，所述有机盐为fai、fabr、facl、mabr、mac和mai中的至少一种。
15、所述制备方法，在进行所述蒸镀时，钙钛矿前驱体中的铅盐的蒸镀速率为0.05nm/s～0.5nm/s，蒸镀温度为350℃～400℃；
16、所述钙钛矿前驱体还包括铯盐，如csi等。
17、优选地，在进行所述蒸镀时，钙钛矿前驱体中铯盐的蒸镀速率为0.01nm/s～0.5nm/s，蒸镀温度为450℃～530℃。
18、其中，在进行蒸镀时，同时蒸镀铅盐合金相和铯盐，待目标厚度为300nm～600nm时结束蒸镀，然后涂覆含有机盐的溶液。
19、所述制备方法满足(1)～(3)中的至少一项：
20、(1)涂覆所述含有机盐的溶液时采用旋涂法；
21、优选地，所述涂覆的转速为2000rpm～4000rrpm，旋涂时间为25s～35s；
22、(2)涂覆所述含钙钛矿前驱体的溶液时采用旋涂法；
23、优选地，所述涂覆的转速为2000rpm～4000rrpm，旋涂时间为25s～35s；
24、(3)所述第二退火的温度为90℃～110℃，时间为10min～20min。
25、本专利技术第二方面提供了一种上述制备方法制得的钙钛矿材料。
26、本专利技术第三方面提供了一种钙钛矿太阳能电池，包括钙钛矿吸光层，所述钙钛矿吸光层为上述制备方法制得的钙钛矿材料。
27、上述钙钛矿电池的制备方法包括以下步骤：
28、(1)在导电玻璃上制备空穴传输层；空穴传输层的成分可以是niox、2pacz、meo-2pacz等中的至少一种，采用常规工艺制备空穴传输层，本专利技术对空穴传输层的成分和制备工艺不做具体限定。
29、(2)在空穴传输层上制备钙钛矿吸光层。
30、(3)在钙钛矿吸光层制备电子传输层；电子传输层的成分可以是c60等，采用常规工艺制备电子传输层，本专利技术对电子传输层的成分和制备工艺不做具体限定。
31、(4)在电子传输层上蒸镀金属电极；例如，金属电极可以是银等，对此不做具体限制。
32、本专利技术技术方案，具有如下优点：
33、1.本专利技术提供的高质量的钙钛矿材料的制备方法，钙钛矿前驱体至少包括铅盐和有机盐，采用机械球磨法或熔融盐结晶法制备所述钙钛矿材料。该制备方法可以制得高质量的钙钛矿材料，将其应用于钙钛矿电池时具有较高的效率。本专利技术采用机械球磨法或者熔融盐结晶法可以得到高质量均匀混合的钙钛矿前驱体，有利于提高钙钛矿的成膜质量，进而提高钙钛矿电池的效率。
34、具体地，本专利技术采用机械球磨法先将前驱体混合均匀，能够节省大量的人工成本，利于大规模制备钙钛矿太阳能电池，并且提前将钙钛矿前驱体混合有利本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高质量的钙钛矿材料的制备方法，其特征在于，钙钛矿前驱体至少包括铅盐和有机盐，所述制备方法至少包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述机械球磨法的球磨转速为100rpm～500rpm，时间为30min～600min；
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，以球磨罐1000ml计，所述机械球磨法的研磨介质是5～20颗直径为0.2cm～1cm的氧化锆小球或玛瑙小球；
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述熔融盐结晶法的熔融温度为350℃～520℃，时间为30min～50min；
5.根据权利要求1～4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述铅盐为PbCl2、PbBr2和PbI2中的至少一种；
6.根据权利要求1～5任一项所述的制备方法，其特征在于，在进行所述蒸镀时，钙钛矿前驱体中的铅盐的蒸镀速率为0.05nm/s～0.5nm/s，蒸镀温度为350℃～400℃。
7.根据权利要求1～6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿前驱体还包括铯盐；
8
9.权利要求1～8任一项所述制备方法制得的钙钛矿材料。
10.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括钙钛矿吸光层，所述钙钛矿吸光层为权利要求1～8任一项所述制备方法制得的钙钛矿材料。
...【技术特征摘要】
1.一种高质量的钙钛矿材料的制备方法，其特征在于，钙钛矿前驱体至少包括铅盐和有机盐，所述制备方法至少包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述机械球磨法的球磨转速为100rpm～500rpm，时间为30min～600min；
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，以球磨罐1000ml计，所述机械球磨法的研磨介质是5～20颗直径为0.2cm～1cm的氧化锆小球或玛瑙小球；
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述熔融盐结晶法的熔融温度为350℃～520℃，时间为30min～50min；
5.根据权利要求1～4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：毕恩兵，韦然，张哲维，
申请(专利权)人：宣城先进光伏技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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