CN116801694A - 钙钛矿前驱体溶液及其制备方法和光电器件 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种钙钛矿前驱体溶液及其制备方法和光电器件，钙钛矿前驱体溶液包括钙钛矿前驱体、路易斯碱络合物和混合溶剂，混合溶剂包括酯类溶剂和醇类溶剂。本申请采用路易斯碱络合物与钙钛矿前驱体形成相互作用，有效提高钙钛矿前驱体的在酯类溶剂的溶解性，采用醇类溶剂作为混合溶剂提高了钙钛矿前驱体溶液的挥发性，使得钙钛矿薄膜的制备过程不需要反溶剂，获得了绿色友好的钙钛矿前驱体溶液。
Description
技术领域
本申请涉及光电器件技术领域，特别是涉及一种钙钛矿前驱体溶液及其制备方法和光电器件。
背景技术
钙钛矿太阳电池具有较高的吸光系数、较高的载流子寿命、可溶液加工、成本低廉等特点，小面积(＜0.1cm2)器件的光电转换效率(Photoelectric conversionefficiency，PCE)已经达到25.7％，可以和晶硅太阳电池相媲美，成为最有前景的下一代光伏材料。
但是在制备钙钛矿太阳电池的过程中，钙钛矿前驱体溶液的有机溶剂往往具有一定的毒性，对人身安全和环境不友好，因此，亟需提供一种绿色友好的钙钛矿前驱体溶液。
发明内容
基于此，有必要提供一种钙钛矿前驱体溶液及其制备方法和光电器件，采用路易斯碱络合物与钙钛矿前驱体形成相互作用，有效提高钙钛矿前驱体的在酯类溶剂的溶解性，采用醇类溶剂作为混合溶剂提高了钙钛矿前驱体溶液的挥发性，使得钙钛矿薄膜的制备过程不需要反溶剂，获得了绿色友好的钙钛矿前驱体溶液。
第一方面，本申请提供一种钙钛矿前驱体溶液，所述钙钛矿前驱体溶液包括钙钛矿前驱体和混合溶剂，所述混合溶剂包括路易斯碱络合物、酯类溶剂和醇类溶剂；所述路易斯碱络合物用于与所述钙钛矿前驱体形成络合物，所述酯类溶剂和醇类溶剂用于溶解所述络合物。
在一些实施方式中，所述路易斯碱络合物与所述钙钛矿前驱体的摩尔比为(0.001～0.1):1。
在一些实施方式中，所述钙钛矿前驱体溶液中所述钙钛矿前驱体的浓度为0.1mmol/mL～2mmol/mL。
在一些实施方式中，所述酯类溶剂和所述醇类溶剂的体积比为(1～100):1。
在一些实施方式中，所述混合溶剂的沸点为80℃～160℃。
在一些实施方式中，所述醇类溶剂包括乙醇、丙醇等低沸点(<100℃)溶剂中的至少一种。
在一些实施方式中，所述酯类溶剂包括戊内酯和戊内酯的衍生物中的至少一种；可选地，所述戊内酯包括γ-戊内酯。
在一些实施方式中，所述路易斯碱络合物包括盐类路易斯碱络合物。
可选地，所述盐类路易斯碱络合物包括铵盐类路易斯碱、膦酸盐类路易斯碱、磷酸盐类路易斯碱、六氟磷酸盐类路易斯碱、磺酸盐类路易斯碱、亚磺酸盐类路易斯碱、苯磺酸盐类路易斯碱和硫酸盐类路易斯碱中的至少一种。
在一些实施方式中，所述钙钛矿前驱体包括ABX3材料；其中，A包括甲脒离子、甲胺离子和铯离子中的至少一种；B包括金属离子，可选地，所述金属离子包括铅离子、锡离子和锗离子中的至少一种；X包括卤素离子，可选地，所述卤素离子包括碘离子、溴离子和氯离子中的至少一种。
第二方面，本申请提供一种如第一方面所述钙钛矿前驱体溶液的制备方法，所述制备方法包括：
将钙钛矿前驱体、路易斯碱络合物、酯类溶剂和醇类溶剂混合后，得到所述的钙钛矿前驱体溶液。
在一些实施方式中，所述钙钛矿前驱体、路易斯碱络合物、酯类溶剂和醇类溶剂混合的过程包括：
将钙钛矿前驱体和路易斯碱络合物混合，溶解在酯类溶剂中，得到酯类溶液，向所述酯类溶液中混合醇类溶剂，得到所述钙钛矿前驱体溶液。
第三方面，本申请提供一种光电器件，其特征在于，所述光电器件包括钙钛矿层，所述钙钛矿层采用如第一方面所述钙钛矿前驱体溶液制备得到。
在一些实施方式中，采用所述钙钛矿前驱体溶液制备钙钛矿层的方法包括：
在基底上采用所述钙钛矿前驱体溶液形成钙钛矿前驱体薄膜，对所述钙钛矿前驱体薄膜进行退火处理后，制备得到所述的钙钛矿层。
在一些实施方式中，所述光电器件包括太阳能电池。
本申请的有益效果：
本申请采用路易斯碱络合物与钙钛矿前驱体形成相互作用，改变钙钛矿前驱体的化学性质，有效提高钙钛矿前驱体的在酯类溶剂的溶解性，采用醇类溶剂作为混合溶剂提高了钙钛矿前驱体溶液的挥发性，使得钙钛矿薄膜的制备过程不需要反溶剂，获得了绿色友好的钙钛矿前驱体溶液。
附图说明
图1为本申请一个实施方式中提供的太阳能电池的结构示意图；
其中，1-透明导电层；2-电子传输层；3-钙钛矿光吸收层；4-空穴传输层；5-金属电极。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
传统技术中，采用二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)制备钙钛矿前驱体溶液，其挥发速度快且具有一定的毒性，不适用于大面积钙钛矿薄膜的工业生产。因此，采用无毒或低毒性的溶剂制备钙钛矿前驱体溶液，可以实现钙钛矿薄膜制备绿色无毒的过程，进而有利于钙钛矿太阳电池的产业化。本申请采用酯类溶剂和路易斯碱配合使用，获得了绿色友好的钙钛矿前驱体溶液。
本申请第一方面提供一种钙钛矿前驱体溶液，所述钙钛矿前驱体溶液包括钙钛矿前驱体和混合溶剂，所述混合溶剂包括路易斯碱络合物、酯类溶剂和醇类溶剂；所述路易斯碱络合物用于与所述钙钛矿前驱体形成络合物，所述醇类溶剂和酯类溶剂用于溶解所述络合物。
本申请中采用路易斯碱络合物、酯类溶剂和醇类溶剂溶解钙钛矿前驱体，路易斯碱络合物能够与钙钛矿前驱体形成相互作用，改变钙钛矿材料的化学性质，有效提高钙钛矿前驱体的在酯类溶剂的溶解性，采用醇类溶剂作为混合溶剂提高了钙钛矿前驱体溶液的挥发性，使得钙钛矿薄膜的制备过程不需要反溶剂，获得了绿色友好的钙钛矿前驱体溶液。
需要说明的是，大部分钙钛矿前驱体的有机溶剂具有一定的毒性，比如二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)和二甲基吡咯烷酮(NMP)都具有毒性，对人身安全和环境不友好，但是酯类溶剂和醇类溶剂作为绿色溶剂，具有无毒性或者低毒性等特点。
需要说明的是，本申请中路易斯碱指的是能提供电子云的分子或原子团称为路易斯碱；进一步地路易斯碱络合物指的是具有路易斯碱性质的络合物，本申请中选取能够改进钙钛矿前驱体材料溶解性的路易斯碱络合物，而且不会破坏钙钛矿前驱体的性能。
在一些实施例中，所述路易斯碱络合物与所述钙钛矿前驱体的摩尔比为(0.001～0.1):1，例如为0.001:1、0.01:1、0.02:1、0.03:1、0.04:1、0.05:1、0.06:1、0.07:1、0.08:1、0.09:1或0.10:1。
在一些实施例中，所述钙钛矿前驱体溶液的浓度为0.1mmol/mL～2mmol/mL，例如为0.1mmol/mL、0.5mmol/mL、0.8mmol/mL、1mmol/mL、1.3mmol/mL、1.5mmol/mL或2mmol/mL。
在一些实施例中，所述酯类溶剂和所述醇类溶剂的体积比为(1～100):1，例如为1:1、5:1、10:1、20:1、30:1、40:1、50:1、60:1、70:1、80:1、90:1或100:1，优选为(5～20):1。
在一些实施例中，所述混合溶剂的沸点为80℃～160℃，例如为80℃、100℃、120℃、140℃或160℃。
本申请中通过控制混合溶剂的沸点，故在制备钙钛矿层的过程中，混合溶剂能够完全挥发，不会残留在钙钛矿层中，有利于形成致密的钙钛矿层，而且在制备过程中无需使用反溶剂萃取工艺，直接将钙钛矿前驱体溶液形成钙钛矿前驱体薄膜后脱火处理，即可得到钙钛矿层，增加了钙钛矿层制备过程中的可控性，不仅简化了工艺流程，节约了材料成本，还降低了薄膜制备过程中气氛环境的复杂性。
需要说明的是，传统技术中钙钛矿前驱体溶液采用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)等酰胺类溶剂，以及N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)等吡咯类溶剂，需要通过反溶剂实现钙钛矿薄膜的快速结晶，例如氯苯，然而这些溶剂和反溶剂均具有一定的毒性，在工业生产过程中会产生大量的溶剂蒸汽，容易造成污染以及影响操作者健康。
在一些实施例中，所述醇类溶剂包括沸点小于100℃的醇类化合物。
可选地，所述醇类溶剂包括乙醇和丙醇中的至少一种。
本申请中采用酯类溶剂和醇类溶剂作为溶剂，结合酯类溶剂和路易斯碱络合物，改变钙钛矿前驱体的化学性质，有效提高钙钛矿前驱体的在酯类溶剂的溶解性，采用乙醇作为混合溶剂提高了钙钛矿前驱体溶液的挥发性，使得钙钛矿薄膜的制备过程不需要反溶剂，获得了绿色友好的钙钛矿前驱体溶液。
解决了酯类溶剂对钙钛矿材料的溶解性不强的问题，增强了酯类溶剂对钙钛矿前驱体材料的溶解性；而且醇类溶剂是一类具有无毒性或者低毒性的绿色溶剂，从而保证了钙钛矿薄膜的绿色无毒制备。
需要说明的是，传统技术中钙钛矿前驱体材料并不溶于乙醇类溶剂，例如碘化铅不溶于乙醇类溶剂，因此，限制了乙醇作为钙钛矿溶剂的应用。
在一些实施例中，所述酯类溶剂包括戊内酯和戊内酯的衍生物中的至少一种。
可选地，所述戊内酯包括γ-戊内酯，γ-戊内酯的结构式如下：
进一步可选地，γ-戊内酯衍生物的结构式如下：
其中，R1、R2和R3基团包括但不限于不同链长的烷基、卤素原子基团、氨基、酰胺基、羟基、羧基、醛基、酮基、醚基、羰基、酯基、酰基、腈基、硝基、巯基、苯基、萘基、蒽基、芘基、苄基、磺酸基团、苯磺酸基团、膦基和磷酸酯基中的至少一种。
本申请中采用γ-戊内酯及其衍生物作为酯类溶剂，γ-戊内酯作为一种无毒性络合剂，进一步地与醇类溶剂配合，实现钙钛矿前驱体材料中完全采用绿色无毒的材料，实现了工业制备钙钛矿薄膜环境友好绿色无毒的过程。
在一些实施例中，所述路易斯碱络合物包括盐类路易斯碱络合物。优选地，所述路易斯碱络合物的负电基团包括羰基、氨基和羧基中的至少一种。
在一些实施例中，所述盐类路易斯碱络合物包括铵盐类路易斯碱、膦酸盐类路易斯碱、磷酸盐类路易斯碱、六氟磷酸盐类路易斯碱、磺酸盐类路易斯碱、亚磺酸盐类路易斯碱、苯磺酸盐类路易斯碱和硫酸盐类路易斯碱中的至少一种。
例如，铵盐类路易斯碱包括甲基氯化铵(MACl)、乙基氯化铵(EACl)、丙基氯化铵(PACl)、甲基溴化铵(MABr)、乙基氯化铵(EABr)、丙基氯化铵(PABr)等烷基卤化铵及其衍生物、苯基卤化铵及其衍生物、萘基卤化铵及其衍生物中的至少一种；膦酸盐类路易斯碱包括烷基膦酸盐、烷基膦酸盐衍生物、苯基膦酸盐和苯基膦酸盐衍生物中的至少一种；磷酸盐类路易斯碱包括咪唑-磷酸盐、吡咯-磷酸盐、氨基丙基磷酸盐和氨基丙基磷酸盐衍生物中的至少一种；六氟磷酸盐类路易斯碱包括咪唑-六氟磷酸盐和吡咯-六氟磷酸盐中的至少一种。磺酸盐类路易斯碱包括丁烷-磺酸钠盐、戊烷磺酸钠盐、十二烷磺酸钠盐和吡啶三氟甲烷磺酸盐中的至少一种。亚磺酸盐类路易斯碱包括对甲苯亚磺酸钠和苯亚磺酸钠中的至少一种。苯磺酸盐类路易斯碱包括4-辛基苯磺酸钠盐、2-甲酰苯磺酸盐和吡啶对甲苯磺酸盐及其衍生物中的至少一种。
在一些实施例中，所述钙钛矿前驱体包括ABX3材料；其中，A包括甲脒离子(FA+)、甲胺离子(MA+)和铯离子(Cs+)中的至少一种；B包括金属离子，可选地，所述金属离子包括铅离子(Pb2+)、锡离子(Sn2+)和锗离子(Ge2+)中的至少一种；X包括卤素离子，可选地，所述卤素离子包括碘离子(I-)、溴离子(Br-)和氯离子(Cl-)中的至少一种。
本申请第二方面提供一种如第一方面所述钙钛矿前驱体溶液的制备方法，所述制备方法包括：
将钙钛矿前驱体、路易斯碱络合物、酯类溶剂和醇类溶剂混合后，得到所述的钙钛矿前驱体溶液。
在一些实施例中，所述钙钛矿前驱体、路易斯碱络合物、酯类溶剂和醇类溶剂混合的过程包括：
将钙钛矿前驱体和路易斯碱络合物混合，溶解在酯类溶剂中，得到酯类溶液，向所述酯类溶液中混合醇类溶剂，得到所述钙钛矿前驱体溶液。
本申请采用路易斯碱络合物与钙钛矿前驱体形成相互作用，改变钙钛矿前驱体的化学性质，有效提高钙钛矿前驱体的在酯类溶剂的溶解性，采用乙醇作为混合溶剂提高了钙钛矿前驱体溶液的挥发性，使得钙钛矿薄膜的制备过程不需要反溶剂，获得了绿色友好的钙钛矿前驱体溶液。
示例性地，非限定性地提供一种上述钙钛矿前驱体溶液的制备方法，包括：
将所述路易斯碱络合物与所述钙钛矿前驱体按照摩尔比为(0.001～0.1):1混合，溶解在酯类溶剂中，得到酯类溶液，向所述酯类溶液中混合醇类溶剂，得到所述钙钛矿前驱体溶液；
其中，酯类溶剂和醇类溶剂的体积比为(1～100):1，所述钙钛矿前驱体溶液的浓度为0.1mmol/mL～2mmol/mL。
可选地，所述钙钛矿前驱体溶液在制备过程中选用绿色低毒的材料。优选地，醇类溶剂包括乙醇，酯类溶剂包括γ-戊内酯。
本申请第三方面提供一种光电器件，所述光电器件包括钙钛矿层，所述钙钛矿层采用如第一方面所述钙钛矿前驱体溶液制备得到。
在一些实施例中，采用所述钙钛矿前驱体溶液制备钙钛矿层的方法包括：
在基底上采用所述钙钛矿前驱体溶液形成钙钛矿前驱体薄膜，对所述钙钛矿前驱体薄膜进行退火处理后，制备得到所述的钙钛矿层。
在一些实施例中，所述退火处理的温度为100℃～150℃，例如为100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃或150℃。
在一些实施例中，采用钙钛矿前驱体溶液形成钙钛矿前驱体薄膜的方法包括湿法薄膜制备方法。可选地，所述湿法薄膜制备方法包括旋涂法、狭缝涂布法、刮涂法和丝网印刷法中的至少一种。
在一些实施例中，所述光电器件包括太阳能电池。
在一些实施例中，所述太阳能电池包括层得设置的透明导电层、电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层和金属电极。可选地，电子传输层和空穴传输层的位置可以交换。
在一些实施例中，所述钙钛矿层的厚度为200nm～1000nm，例如为200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm或1000nm。
在一些实施例中，透明导电层的材料包括掺铟氧化锡(ITO)、掺氟氧化锡(FTO)、掺铟氧化锌(IZO)、掺铝氧化锌(AZO)、掺铟氧化钨(IWO)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚酰亚胺(PI)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)中的至少一种。可选地，透明导电层可以是刚性衬底，也可以是柔性衬底。
在一些实施例中，金属电极的材料包括金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)和铝(Al)中的至少一种。
在一些实施例中，电子传输层的材料包括二氧化钛(TiO2)、二氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、富勒烯衍生物(例如，富勒烯衍生物包括PCBM和C60)、石墨烯及石墨烯衍生物中的至少一种。
在一些实施例中，空穴传输层的材料包括氧化镍(NiOx)、氧化钼(MoOx)、氧化钨(WOx)、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)、2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)、[2-(9H-咔唑-9-基)乙基]膦酸(2PACz)及其衍生物中的至少一种。
在一些实施例中，电子传输层和空穴传输层的制备方法包括旋涂法、狭缝涂布法、刮涂法、丝网印刷法、喷墨打印法、蒸镀法、磁控溅射法、物理气相沉积(PVD)等薄膜制备方法中的至少一种。可选地，电子传输层和空穴传输层的制备方法可以相同也可以不同。
以下实施例和对比例中原料未作特别说明，则均为普通市售产品。
实施例1
将丙基氯化铵和MAPbI3按照摩尔比为0.1:1混合，溶解在γ-戊内酯溶剂，得到酯类溶液，向酯类溶液加入乙醇，得到所述钙钛矿前驱体溶液；
其中，γ-戊内酯和乙醇的体积比为10:1，MAPbI3溶液的浓度为1mmol/mL。
实施例2
将丁基氯化铵和FAPbI3按照摩尔比为0.2:1混合，溶解在γ-戊内酯衍生物溶剂，得到酯类溶液，向酯类溶液加入乙醇，得到所述钙钛矿前驱体溶液；
其中，R1为甲基，R2为氨基，R3为羟基；
其中，γ-戊内酯衍生物和乙醇的体积比为20:1，FAPbI3溶液的浓度为1mmol/mL。
实施例3
将丙基溴化铵和Cs0.17FA0.83PbI3按照摩尔比为0.05:1混合，溶解在γ-戊内酯衍生物溶剂，得到酯类溶液，向酯类溶液加入一定量的乙醇，得到所述钙钛矿前驱体溶液；
其中，γ-戊内酯衍生物和乙醇的体积比为15:1混合，Cs0.17FA0.83PbI3溶液的浓度为1.1mmol/mL；
其中，R1为羧基，R2为乙基，R3为甲基。
实施例4
将乙基氯化铵和MA0.5FA0.5PbI3按照摩尔比为0.15:1混合，溶解在γ-戊内酯溶剂，得到酯类溶液，向酯类溶液加入一定量的乙醇，得到所述钙钛矿前驱体溶液；
其中，γ-戊内酯和乙醇的体积比为100:1，MA0.5FA0.5PbI3溶液的浓度为1.2mmol/mL。
实施例5
按照实施例1的方法制备钙钛矿前驱体溶液，其区别仅在于，先将γ-戊内酯、乙醇和丙基氯化铵混合得到混合溶剂，再将MAPbI3加入至混合溶剂中。
实施例6
按照实施例1的方法制备钙钛矿前驱体溶液，其区别仅在于，将乙醇替换为等体积的丁醇。
实施例7
按照实施例1的方法制备钙钛矿前驱体溶液，其区别仅在于，将γ-戊内酯替换为等体积的γ-丁内酯。
对比例1
按照实施例1的方法制备钙钛矿前驱体溶液，其区别仅在于，不加入γ-戊内酯，将γ-戊内酯替换为等体积的乙醇。
对比例2
按照实施例1的方法制备钙钛矿前驱体溶液，其区别仅在于，不加入乙醇，将乙醇替换为等体积的γ-戊内酯。
对比例3
按照实施例1的方法制备钙钛矿前驱体溶液，其区别仅在于，不加入丙基氯化铵，直接向MAPbI3中依次加入γ-戊内酯和乙醇。
对比例4
采用N-甲基甲酰胺溶解MAPbI3，得到钙钛矿前驱体溶液。
采用上述实施例和对比例中的钙钛矿溶液制备包括钙钛矿层的太阳能电池，如图1所示，太阳能电池包括层叠设置的透明导电层1、电子传输层2、钙钛矿光吸收层3、空穴传输层4和金属电极5，其中，透明导电层为厚度15nm的掺铟氧化锡层，电子传输层为厚度20nm的二氧化钛层，空穴传输层为厚度50nm的氧化镍层，金属电极为厚度100nm的Ag层，钙钛矿层的厚度为650nm，分别采用上述实施例和对比例中的钙钛矿前驱体溶液制备。
其中实施例1-7的钙钛矿层制备方法包括：
将钙钛矿前驱体溶液旋涂至玻璃基材表面，形成钙钛矿前驱体薄膜，在150℃下进行退火处理，形成厚度为650nm的钙钛矿层。
对比例4的钙钛矿层制备方法包括：
将钙钛矿前驱体溶液旋涂至玻璃基材表面后，采用氯苯进行反溶剂处理，得到钙钛矿前驱体膜，并在150℃下进行退火处理，形成厚度为650nm的钙钛矿薄膜。
对上述制备得到的钙钛矿电池进行性能测试，测试方法包括：
采用IV测试仪按照IEC 60904标准对钙钛矿电池进行测试光电转化效率，测试结果如表1所示。
表1
通过上表可以看出：
(1)实施例1与实施例5相比，可以看出，本申请通过调整原料的加入顺序，将钙钛矿前驱体材料利用路易斯碱络合物混合，路易斯碱络合物与钙钛矿前驱体材料形成相互作用，改变钙钛矿材料的化学性质，从而改善钙钛矿材料在酯类溶剂中的溶解性，获得了绿色友好的钙钛矿前驱体溶液。
(2)实施例1与实施例6相比，可以看出，本申请中通过控制混合溶剂的沸点，故在制备钙钛矿层的过程中，混合溶剂能够完全挥发，不会残留在钙钛矿层中，有利于形成致密的钙钛矿层，而且在制备过程中无需使用反溶剂萃取工艺，直接将钙钛矿前驱体溶液形成钙钛矿前驱体薄膜后退火处理，即可得到钙钛矿薄膜，增加了钙钛矿层制备过程中的可控性，不仅简化了工艺流程，节约了材料成本，还降低了薄膜制备过程中气氛环境的复杂性。
(3)实施例1与实施例7相比，可以看出，本申请中采用γ-戊内酯及其衍生物作为酯类溶剂，γ-戊内酯作为一种无毒性络合剂，进一步地与醇类溶剂配合，实现钙钛矿前驱体材料中完全采用绿色无毒的材料，实现了工业制备钙钛矿薄膜环境友好绿色无毒的过程。
(4)实施例1与对比例1-4相比，可以看出，对比例1-3由于未采用路易斯碱络合物、醇类溶剂和酯类溶剂的配合，钙钛矿材料无法完全溶解，进而无法得到稳定的钙钛矿层，本申请中采用路易斯碱络合物、酯类溶剂和醇类溶剂溶解钙钛矿前驱体，路易斯碱络合物能够与钙钛矿前驱体形成相互作用，改变钙钛矿材料的化学性质，有效提高钙钛矿前驱体的在酯类溶剂的溶解性，采用乙醇作为混合溶剂提高了钙钛矿前驱体溶液的挥发性，使得钙钛矿薄膜的制备过程不需要反溶剂，获得了绿色友好的钙钛矿前驱体溶液。
通过以上实施例和对比例，本申请采用路易斯碱络合物与钙钛矿前驱体形成络合物，并溶解在酯类溶剂中，改变钙钛矿前驱体的化学性质，有效提高钙钛矿前驱体的在酯类溶剂的溶解性，实现了钙钛矿薄膜制备绿色友好的过程。优选地，采用一定量的乙醇作为混合溶剂，提高了钙钛矿前驱体溶液的挥发性，使得钙钛矿薄膜的制备过程不需要反溶剂，减少钙钛矿太阳电池工业制备的复杂性。另外，通过路易斯碱与钙钛矿材料形成络合物，改变钙钛矿材料的化学性质，有效提高钙钛矿前驱体的在酯类溶剂的溶解性，实现大面积钙钛矿薄膜的制备环境友好的绿色无毒的过程。并且该制备过程不需要使用反溶剂，简化了钙钛矿薄膜制备的工艺流程，节约了材料成本，还降低了薄膜制备过程中气氛环境的复杂性，有利于获得高质量的均匀的钙钛矿薄膜，有利于钙钛矿薄膜的工业化生产。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种钙钛矿前驱体溶液，其特征在于，所述钙钛矿前驱体溶液包括钙钛矿前驱体和混合溶剂，所述混合溶剂包括路易斯碱络合物、酯类溶剂和醇类溶剂；所述路易斯碱络合物用于与所述钙钛矿前驱体形成络合物，所述醇类溶剂和酯类溶剂用于溶解所述络合物。
2.如权利要求1所述的钙钛矿前驱体溶液，其特征在于，所述钙钛矿前驱体溶液满足如下条件中的至少一个：
(1)所述路易斯碱络合物与所述钙钛矿前驱体的摩尔比为(0.001～0.1):1；
(2)所述钙钛矿前驱体溶液中所述钙钛矿前驱体的浓度为0.1mmol/mL～2mmol/mL；
(3)所述酯类溶剂和所述醇类溶剂的体积比为(1～100):1。
3.如权利要求1所述的钙钛矿前驱体溶液，其特征在于，所述混合溶剂的沸点为80℃～160℃。
4.如权利要求1所述的钙钛矿前驱体溶液，其特征在于，所述钙钛矿前驱体溶液还满足如下条件中的至少一个：
(1)所述醇类溶剂包括沸点小于100℃的醇类化合物，可选地，所述醇类溶剂包括乙醇和丙醇中的至少一种；
(2)所述酯类溶剂包括戊内酯和戊内酯的衍生物中的至少一种；可选地，所述戊内酯包括γ-戊内酯；
(3)所述路易斯碱络合物包括盐类路易斯碱络合物；可选地，所述盐类路易斯碱络合物包括铵盐类路易斯碱、膦酸盐类路易斯碱、磷酸盐类路易斯碱、六氟磷酸盐类路易斯碱、磺酸盐类路易斯碱、亚磺酸盐类路易斯碱、苯磺酸盐类路易斯碱和硫酸盐类路易斯碱中的至少一种。
5.如权利要求1所述的钙钛矿前驱体溶液，其特征在于，所述钙钛矿前驱体包括ABX3材料；
其中，A包括甲脒离子、甲胺离子和铯离子中的至少一种；B包括金属离子，可选地，所述金属离子包括铅离子、锡离子和锗离子中的至少一种；X包括卤素离子，可选地，所述卤素离子包括碘离子、溴离子和氯离子中的至少一种。
6.一种权利要求1-5任一项所述钙钛矿前驱体溶液的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
将钙钛矿前驱体、路易斯碱络合物、酯类溶剂和醇类溶剂混合后，得到所述的钙钛矿前驱体溶液。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿前驱体、路易斯碱络合物、酯类溶剂和醇类溶剂混合的过程包括：
将钙钛矿前驱体和路易斯碱络合物混合，溶解在酯类溶剂中，得到酯类溶液，向所述酯类溶液中混合醇类溶剂，得到所述钙钛矿前驱体溶液。
8.一种光电器件，其特征在于，所述光电器件包括钙钛矿层，所述钙钛矿层采用权利要求1-5任一项所述钙钛矿前驱体溶液制备得到。
9.如权利要求8所述的光电器件，其特征在于，采用所述钙钛矿前驱体溶液制备钙钛矿层的方法包括：
在基底上采用所述钙钛矿前驱体溶液形成钙钛矿前驱体薄膜，对所述钙钛矿前驱体薄膜进行退火处理后，制备得到所述的钙钛矿层。
10.如权利要求8所述的光电器件，其特征在于，所述光电器件包括太阳能电池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310623692.4A CN116801694A (zh) | 2023-05-29 | 2023-05-29 | 钙钛矿前驱体溶液及其制备方法和光电器件 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310623692.4A CN116801694A (zh) | 2023-05-29 | 2023-05-29 | 钙钛矿前驱体溶液及其制备方法和光电器件 |
Publications (1)
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| CN116801694A true CN116801694A (zh) | 2023-09-22 |
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| CN202310623692.4A Pending CN116801694A (zh) | 2023-05-29 | 2023-05-29 | 钙钛矿前驱体溶液及其制备方法和光电器件 |
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| CN (1) | CN116801694A (zh) |
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2023
- 2023-05-29 CN CN202310623692.4A patent/CN116801694A/zh active Pending
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