CN107833972A - 一种有机无机杂化钙钛矿的制备方法 - Google Patents

一种有机无机杂化钙钛矿的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种有机无机杂化钙钛矿的制备方法，包括以下步骤：将有机胺加入到N，N‑二甲基甲酰胺中；加入氢卤酸，得到卤化胺盐溶液；向卤化胺盐溶液里加入卤化铅，加热搅拌至其完全反应，然后将溶液过滤、蒸发，将合成出来的样品用乙醇洗涤2‑3次，然后放入60℃～80℃烘箱中干燥24h～36h，即可得到有机无机杂化钙钛矿固体。本发明采用溶液法合成钙钛矿，将制备温度控制在40℃以上，待实验原料充分反应以后通过缓慢降温使溶液析出单晶。通过X射线衍射仪结果，证实本发明制得的钙钛矿材料结晶度较高，形貌均一。通过调节实验原料的种类及比例，可以方便调控产物钙钛矿中各元素的含量，进而调控钙钛矿的物理和化学性质。

Description

一种有机无机杂化钙钛矿的制备方法
技术领域
本发明涉及光电材料技术领域，特别涉及一种有机无机杂化钙钛矿的制备方法。
背景技术
随着全球能源需求的不断增加和频繁出现的环境污染问题，人们将研究重心转移到了太阳能、氢能和其他可再生能源上面。传统的硅太阳能电池由于成本高、耗能大等问题，限制了太阳能电池的大规模应用。降低现有电池生产成本和提高太阳能电池的光电转换效率是主要的解决途径。
最近出现了一种全固态钙钛矿太阳能电池，其能量转换效率从最初的3.8％提升到了目前的20％，呈现出良好的发展潜力。有机-无机杂化钙钛矿是由有机和无机组元在分子尺度上自组装而成的一类新的材料。通过改变有机或无机组元即可达到调控材料性能的目的。此外，有机-无机杂化钙钛矿可以通过溶液法制备，这为钙钛矿太阳能电池的大规模、低成本生产提供了可能性。
溶液法制备钙钛矿材料是目前应用最广泛的方法。以钙钛矿(C6H5CH2NH3)2PbBr4为例，将苄胺、氢溴酸和溴化铅按照一定的化学计量比加入到N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，加热搅拌至其完全反应，然后将溶液过滤、蒸发，将合成出来的样品用乙醇洗涤2-3次，然后放入60℃～80℃烘箱中干燥24h～36h，即可得到有机无机杂化钙钛矿固体。
有机-无机杂化钙钛矿化合物是一类新型的光电功能材料，在太阳能电池领域受到人们广泛的关注。探索新型的钙钛矿太阳能电池材料和其制备方法，具有重大意义。
发明内容
本发明目的在于提供一种有机无机杂化钙钛矿的制备方法，制备过程简单，对仪器设备要求较低，结晶度较高，综合性能更优。
为达到上述目的，采用技术方案如下：
一种有机无机杂化钙钛矿的制备方法，包括以下步骤：
将有机胺(RNH2)加入到N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中；
加入氢卤酸(HX)，得到卤化胺盐溶液；
向卤化胺盐溶液里加入卤化铅(PbX2)，加热搅拌至其完全反应，然后将溶液过滤、蒸发，将合成出来的样品用乙醇洗涤2-3次，然后放入60℃～80℃烘箱中干燥24h～36h，即可得到有机无机杂化钙钛矿固体。
按上述方案，所述氢卤酸中卤素为氯、溴或碘。
按上述方案，所用原料有机胺、氢卤酸、卤化铅按摩尔比为1：(1～1.5)：(0.5～0.6)。本发明相对于现有技术的有益效果如下：
(1)本发明采用溶液法合成钙钛矿，为了防止结构中结晶水的存在，需要将制备温度控制在40℃以上，待实验原料充分反应以后通过缓慢降温使溶液析出单晶。
(2)通过X射线衍射仪结果，证实本发明制得的钙钛矿材料结晶度较高，形貌均一。
(3)本发明通过调节实验原料的种类及比例，可以方便调控产物钙钛矿中各元素的含量，进而调控钙钛矿的物理和化学性质。
附图说明
图1：实施例1得到的固体的X射线衍射图谱。
具体实施方式
以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
实施例1
合成钙钛矿：将1.11mL苄胺(C7H9N)加入到25mLN，N-二甲基甲酰胺(DMF)中；加入2.04mL氢溴酸(HBr)，得到溴化胺盐溶液；加入1.85g溴化铅(PbBr2)，加热搅拌至其完全反应，然后将溶液过滤、蒸发，将合成出来的样品用乙醇洗涤2-3次，然后放入60℃～80℃烘箱中干燥24h～36h，得到钙钛矿固体2.97g，产率为80.09％。所述钙钛矿(C6H5CH2NH3)2PbBr4固体的X射线衍射图谱如图1所示。
实施例2
合成钙钛矿：将1.11mL苄胺(C7H9N)加入到25mLN，N-二甲基甲酰胺(DMF)中；加入1.22mL氢氯酸(HCl)，得到氯化胺盐溶液；加入1.4g氯化铅(PbCl2)，加热搅拌至其完全反应，然后将溶液过滤、蒸发，将合成出来的样品用乙醇洗涤2-3次，然后放入60℃～80℃烘箱中干燥24h～36h，得到钙钛矿固体2.21g，产率为81.36％。
实施例3
合成钙钛矿：将1.11mL苄胺(C7H9N)加入到25mLN，N-二甲基甲酰胺(DMF)中；加入2.51mL氢碘酸(HI)，得到碘化胺盐溶液；加入2.35g碘化铅(PbI2)，加热搅拌至其完全反应，然后将溶液过滤、蒸发，将合成出来的样品用乙醇洗涤2-3次，然后放入60℃～80℃烘箱中干燥24h～36h，得到钙钛矿固体3.36g，产率为72.17％。
实施例4
合成钙钛矿：将1mL正丁胺(C4H11N)加入到25mLN，N-二甲基甲酰胺(DMF)中；加入2.04mL氢溴酸(HBr)，得到卤化胺盐溶液；加入1.85g溴化铅(PbBr2)，加热搅拌至其完全反应，然后将溶液过滤、蒸发，将合成出来的样品用乙醇洗涤2-3次，然后放入60℃～80℃烘箱中干燥24h～36h，得到钙钛矿固体2.75g，产率为81.52％。

Claims (3)

1.一种有机无机杂化钙钛矿的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
将有机胺加入到N，N-二甲基甲酰胺中；
加入氢卤酸，得到卤化胺盐溶液；
向卤化胺盐溶液里加入卤化铅，加热搅拌至其完全反应，然后将溶液过滤、蒸发，将合成出来的样品用乙醇洗涤2-3次，然后放入60℃～80℃烘箱中干燥24h～36h，即可得到有机无机杂化钙钛矿固体。
2.如权利要求1所述有机无机杂化钙钛矿的制备方法，其特征在于所述氢卤酸中卤素为氯、溴或碘。
3.如权利要求1所述有机无机杂化钙钛矿的制备方法，其特征在于所用原料有机胺、氢卤酸、卤化铅按摩尔比为1：(1～1.5)：(0.5～0.6)。
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