CN116655572A - 一种绿色溶剂及使用绿色溶剂常温制备钙钛矿单晶的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种绿色溶剂及使用绿色溶剂常温制备钙钛矿单晶的方法，所述绿色溶剂包括如下特征：溶剂低毒性；可在常温下实现钙钛矿单晶的制备。本发明可以制备出高质量的钙钛矿单晶，且溶剂低毒，对环境影响小，适于工业化大规模化生产。
Description
技术领域
本发明涉及钙钛矿太阳能电池领域，具体地，涉及一种绿色溶剂及使用绿色溶剂常温制备钙钛矿单晶的方法。
背景技术
有机无机杂化钙钛矿材料具有优异的光电性能，成为下一代太阳能电池和固体发光领域的有力竞争者。然而产业化过程中为保证良品率需要保证高纯度原材料的供应。同时，目前普遍使用的碘甲脒、碘化铅等材料，由于制备工艺的限制，难以保证材料中各元素的摩尔比。钙钛矿单晶材料通过结晶过程的控制，可以在保证组分摩尔比的情况下同时具有很高的纯度。目前钙钛矿单晶的制备主要有反溶剂法和逆温法两种方法。反溶剂法需要用到一些具有较高毒性的溶剂，如N，N-二甲基甲酰胺是制备单晶常用的溶剂，二氯甲烷是常用的制备单晶的反溶剂。N，N-二甲基甲酰胺和二氯甲烷都是有毒的化学试剂，在大规模生产过程中，这些溶剂会大量挥发，对操作人员及环境造成极大的影响。另一种逆温法常用的溶剂γ-丁内酯是易制毒危化品，其大规模使用存在一定风险并受国家的严格管控。而且逆温法需要将溶液温度升高到100℃左右，大规模制备需要额外的大功率加热装置。因此，开发一种适用于常温下制备钙钛矿单晶材料的低毒溶剂是实现钙钛矿光电器件商业化的关键技术之一。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种绿色溶剂及使用该溶剂常温制备钙钛矿单晶的方法。溶剂中的γ-戊内酯为我国GB2760-86规定为允许使用的食用香料。
本发明的目的是通过以下方案实现的：
本发明的第一方面提供一种绿色溶剂，所述绿色溶剂特征如下：
(1)、溶剂低毒性；
(2)、可在常温下制备钙钛矿单晶。
优选的，所述绿色溶剂为γ-戊内酯。
优选的，所述特征(1)中溶剂低毒性是因为γ-戊内酯是我国GB2760-86规定为允许使用的食用香料。
优选的，所述特征(2)中钙钛矿单晶的化学组分为ABX3，其中A为CH3NH3 +(MA+)、CH(NH3)2 +(FA+)或两者混合；B为Pb2+或Sn2+；X为I-、Br-、Cl-中的一种或多种。
本发明的第二方面提供一种使用绿色溶剂在常温制备钙钛矿单晶的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤一、在常温下，将钙钛矿材料溶于溶剂中，得到前驱体溶液A；
步骤二、将前驱体溶液A保持在恒定温度下，将钙钛矿单晶从前驱体溶液中析出。
优选的，所述步骤一中常温为25～50℃。
优选的，所述步骤一中前驱体溶液A中钙钛矿浓度为0.1-2mol/L。
所述步骤一中述钙钛矿材料为MAxFA1-xPbIyBr3-y(x＝0-1,y＝0-1)，加入MACl、MABr中的一种或多种混合作为添加剂，前驱体溶液中添加剂与Pb的摩尔比为0-1。
所述步骤二中恒定温度为25～50℃。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明所用溶剂为γ-戊内酯，是我国GB2760-86规定为允许使用的食用香料。
在大规模生产中对操作人员及环境影响小；
2、本发明可以在50℃以下的温度制备出钙钛矿单晶颗粒，不需要额外的大功率加热装置，适于工业化大规模化生产。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为实施例1得到的干燥后的钙钛矿钙钛矿单晶的照片；
图2为实施例1得到的前驱体溶液中析出的钙钛矿钙钛矿单晶的照片；
图3为实施例1中钙钛矿单晶的X射线衍射图谱；
图4为实施例1中钙钛矿单晶的荧光光谱；
图5为对比例1得到的前驱体溶液中未析出钙钛矿单晶的照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例涉及一种通过γ-戊内酯溶解钙钛矿原材料，并通过常温下静置获得高结晶性钙钛矿单晶的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将1.5mol FAI，1.5mol PbI2,0.3mol MACl溶解于1mLγ-戊内酯，获得溶液A；
(2)将装有溶液A的玻璃瓶静置24h，钙钛矿单晶逐渐析出；
(3)将步骤(2)玻璃瓶中的单晶及溶液进行过滤，获得钙钛矿单晶。
图2为实施例1步骤(2)获得的钙钛矿单晶在溶液中的照片；图1为实施例1步骤(3)获得的钙钛矿单晶干燥后的照片；图3为实施例1步骤(3)获得的钙钛矿单晶的X射线衍射图谱；图4为实施例1步骤(3)获得的准钙钛矿单晶的荧光光谱，表明获得了高结晶性、高荧光性能的钙钛矿单晶。
对比例1
本对比例方法同实施例1，区别仅在于：在步骤(1)中溶剂替换为γ-丁内酯，图5显示在常温静置条件下，钙钛矿单晶未析出，说明γ-丁内酯这种常用的制备单晶的溶剂无法在常温下制备出钙钛矿单晶。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种绿色溶剂，其特征在于，所述绿色溶剂特征如下：
(1)、溶剂低毒性；
(2)、可在常温下制备钙钛矿单晶。
2.根据权利要求1所述的绿色溶剂，其特征在于，所述绿色溶剂为γ-戊内酯。
3.根据权利要求1所述的绿色溶剂，其特征在于，所述特征(1)中溶剂低毒性是因为γ-戊内酯是我国GB2760-86规定为允许使用的食用香料。
4.根据权利要求1所述的绿色溶剂，其特征在于，所述特征(2)中钙钛矿单晶的化学组分为ABX3，其中A为CH3NH3 +(MA+)、CH(NH3)2 +(FA+)或两者混合；B为Pb2+或Sn2+；X为I-、Br-、Cl-中的一种或多种。
5.一种使用绿色溶剂在常温制备钙钛矿单晶的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤一、在常温下，将钙钛矿材料溶于绿色溶剂中，得到前驱体溶液A；
步骤二、将前驱体溶液A保持在恒定温度下，将钙钛矿单晶从前驱体溶液A中析出。
6.根据权利要求5所述的一种使用绿色溶剂在常温制备钙钛矿单晶的方法，其特征在于，所述绿色溶剂为γ-戊内酯。
7.根据权利要求5所述的使用绿色溶剂在常温制备钙钛矿单晶的方法，其特征在于，所述步骤一中常温为25～50℃。
8.根据权利要求5所述的使用绿色溶剂在常温制备钙钛矿单晶的方法，其特征在于，所述步骤一中前驱体溶液A中钙钛矿浓度为0.1-2mol/L。
9.根据权利要求5所述的使用绿色溶剂在常温制备钙钛矿单晶的方法，其特征在于，所述步骤一中钙钛矿材料为MAxFA1-xPbIyBr3-y(x＝0-1,y＝0-1)，加入MACl、MABr中的一种或多种混合作为添加剂，前驱体溶液中添加剂与Pb的摩尔比为0-1。
10.根据权利要求5所述的绿色溶剂，其特征在于，所述步骤二中恒定温度为25～50℃。
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