一种钙钛矿微晶的制备方法、产品及应用

本发明涉及光伏器件制备，特别是涉及一种钙钛矿微晶的制备方法、产品及应用。

背景技术：

1、有机-无机杂化钙钛矿因其优异光电特性而被广泛应用研究，包括具有较长的激子和电荷扩散长度、高消光系数和低温可加工性等，是一种良好的太阳能电池(psc)吸光层材料。以前的研究都集中在采用一步法或两步法的原位结晶技术制备大晶粒光吸收层薄膜。当前，采用这种原位结晶方法制备的光吸收层的钙钛矿太阳能电池的能量转化效率(pce)已经突破26％。然而，这些方法得到的钙钛矿晶体薄膜吸光范围窄、稳定性较差，导致这类电池的运行稳定性很差，成为钙钛矿太阳能电池实现商业化应用的重大障碍。

2、现有制备钙钛矿薄膜晶体的技术是采用一步法或两步法等方法制得多晶形态薄膜，这种技术得到的微晶体缺陷态密度很大，在1015-1019cm-3之间，稳定性很差。科学家采用各种晶体和薄膜表面缺陷钝化和修饰的方法都不能有效减低其缺陷态密度，使其电池的稳定性长期得不到有效改善，成为该领域重大科学和技术问题。同时，这种多晶薄膜的吸收光谱在500nm之后呈明显下降趋势，不利于太阳能电池对可见光全波段的吸收和光谱能量的利用。原位旋转涂布结晶法制备太阳能电池活性层的工艺不适用于大面积薄膜的制备。

3、因此，提供一种钙钛矿微晶的制备方法，以降低钙钛矿微晶的缺陷态密度，提高其吸收光谱范围，对于光伏器件制备技术领域具有重要意义。

技术实现思路

1、基于上述内容，本发明提供一种钙钛矿微晶的制备方法、产品及应用。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明技术方案之一，一种钙钛矿微晶，为四方相晶体结构；缺陷态密度1010-1013cm-3；结构通式为abx3，其中，a为甲胺ma、甲咪fa、cs中的至少一种；b为pb；x为i、br、cl中的至少一种。

4、本发明技术方案之二，一种上述钙钛矿微晶的制备方法，包括以下步骤：

5、将pbx2、ax和十六烷基三甲基溴化铵溶解于良溶剂中，得到前驱液；

6、向所述前驱液中加入反溶剂，过滤，加热所得滤液，得到所述钙钛矿微晶；

7、所述ax中的a为ma、fa、cs中的至少一种，x为i、br、cl中的至少一种。

8、本发明技术方案之三，一种钙钛矿太阳能电池，吸光层材料包括上述的钙钛矿微晶。

9、本发明技术方案之四，一种柔性光电探测器件，原料包括上述的钙钛矿微晶。

10、本发明技术方案之五，一种电致发光器件，原料包括上述的钙钛矿微晶。

11、本发明公开了以下技术效果：

12、本发明钙钛矿微晶abx3(a＝ma、fa、cs及两者或三者混合组分；b＝pb；x＝i、br、cl)为四方相晶体结构，缺陷态密度低(1010-1013cm-3)，在300-850nm的可见光范围内保持全吸收，稳定性好，具有较好的光电性能。

13、本发明原料廉价易得，制备工艺简单，适于大面积、商业化制备。

14、本发明运用了反溶剂辅助逆温结晶法在较低温度下，快速制备了高质量的六面体钙钛矿微晶，是具有四方相晶体结构的微米级单晶，其生产周期远远短于大块单晶，且原料利用率更高，更适宜工业化生产。与薄膜相比，微晶具有更窄的带隙；同时，微晶比薄膜具有更好的空气稳定性、热稳定性和湿稳定性。并且微晶较薄膜有更宽的吸收范围，在可见光范围内实现全吸收。上述性质使钙钛矿微晶有望成为大面积、商业化钙钛矿光电器件功能层的一种强有力的备选。

技术特征：

1.一种钙钛矿微晶，其特征在于，为四方相晶体结构；缺陷态密度1010-1013cm-3；结构通式为abx3，其中，a为ma、fa、cs中的至少一种；b为pb；x为i、br、cl中的至少一种。

2.一种权利要求1所述的钙钛矿微晶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的钙钛矿微晶的制备方法，其特征在于，所述前驱液中pbi2的浓度为0.3mmol/ml；所述前驱液中ax的浓度为0.6mmol/ml；所述前驱液中十六烷基三甲基溴化铵的浓度为0-0.02mmol/ml。

4.根据权利要求2所述的钙钛矿微晶的制备方法，其特征在于，所述良溶剂为n，n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、n-甲基吡咯烷酮、γ-丁内酯和γ-戊内酯中的至少一种。

5.根据权利要求2所述的钙钛矿微晶的制备方法，其特征在于，所述反溶剂为环己烷、正己烷、甲苯、邻二甲苯、乙醚、苯甲醚、碘苯、二氯甲烷、氯苯、异丙醇、正丙醇、乙酸甲酯、乙醇、正丁醇、异丁醇和乙酸乙酯中的至少一种。

6.根据权利要求2所述的钙钛矿微晶的制备方法，其特征在于，所述反溶剂的加入方式为滴加；所述反溶剂在所述前驱液中加入至饱和。

7.根据权利要求2所述的钙钛矿微晶的制备方法，其特征在于，所述加热的温度为95-120℃，时间不大于1min；所述加热后还包括依次抽滤、冲洗、干燥的步骤。

8.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，吸光层材料包括权利要求1所述的钙钛矿微晶。

9.一种柔性光电探测器件，其特征在于，原料包括权利要求1所述的钙钛矿微晶。

10.一种电致发光器件，其特征在于，原料包括权利要求1所述的钙钛矿微晶。

技术总结本发明涉及光伏器件制备技术领域，特别是涉及一种钙钛矿微晶的制备方法、产品及应用。该钙钛矿微晶为四方相晶体结构；缺陷态密度10<supgt;10</supgt;‑10<supgt;13</supgt;cm<supgt;‑3</supgt;；结构通式为ABX<subgt;3</subgt;，其中，A为MA、FA、Cs中的至少一种；B为Pb；X为I、Br、Cl中的至少一种。该钙钛矿微晶在300‑850nm的可见光范围内保持全吸收，稳定性好，具有较好的光电性能。本发明运用了反溶剂辅助逆温结晶法在较低温度下，快速制备了高质量的六面体钙钛矿微晶，是具有四方相晶体结构的微米级单晶，其生产周期远远短于大块单晶，且原料利用率更高，更适宜工业化生产。技术研发人员：李祥高,李宛稚,王亚龙,冯震,王世荣,刘红丽,单忠强受保护的技术使用者：天津大学技术研发日：技术公布日：2024/6/2