α-FAPbI3晶体及其制备方法、钙钛矿太阳能电池

技术领域

本申请涉及钙钛矿太阳能电池技术领域，特别是涉及一种α-FAPbI

背景技术

钙钛矿晶体薄膜的纯度、质量直接决定了钙钛矿太阳能电池的效率、稳定性等关键性能。结晶是一种常见的分离和纯化物质的方法，其基本原理是改变溶液的饱和程度使溶质结晶析出，同时杂质被留存在母液中除去，从而得到纯净的单晶或多晶体。低纯度的钙钛矿原料可以通过结晶的方式自纯化，从而获得可以直接用于制备钙钛矿薄膜的高纯度钙钛矿晶体。传统的结晶法制备α-FAPbI

发明内容

基于此，有必要提供一种α-FAPbI

第一方面，本申请提供一种α-FAPbI

使用2-甲氧基乙醇溶解PbI

向所述钙钛矿溶液中加入反溶剂，所述反溶剂包括正丁醇、正戊醇、正己醇、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯中的至少一种；

加热所述钙钛矿溶液以析出黑色沉淀。

在一些实施例中，所述2-甲氧基乙醇与所述反溶剂的体积比为（10~30）:1。

在一些实施例中，FAI和PbI

在一些实施例中，加热所述钙钛矿溶液以析出黑色沉淀包括：

将所述钙钛矿溶液加热至第一温度，使所述钙钛矿溶液析出黄色沉淀；

将所述钙钛矿溶液加热至第二温度，使所述黄色沉淀全部转变为黑色沉淀。

在一些实施例中，所述第一温度为100℃~110℃。

在一些实施例中，所述第二温度为120℃~130℃。

在一些实施例中，将所述钙钛矿溶液加热至第二温度的升温速率为0.5K/min~1K/min。

在一些实施例中，加热所述钙钛矿溶液以析出黑色沉淀后还包括：

对所述钙钛矿溶液进行搅拌陈化。

在一些实施例中，所述搅拌陈化的时间为0.8h~1.5h。

在一些实施例中，加热所述钙钛矿溶液以析出黑色沉淀后还包括：

分离所述黑色沉淀和溶液，使用乙腈对分离后的所述黑色沉淀进行洗涤。

第二方面，本申请提供一种α-FAPbI

第三方面，本申请一种钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池的钙钛矿层的原材料包括上述的α-FAPbI

上述α-FAPbI

附图说明

图1为本申请一实施例提供的α-FAPbI

图2为本申请又一实施例提供的α-FAPbI

图3为本申请中实施例和对比例1~3的太阳电池性能的示意图；

图4为本申请中实施例和对比例1中α-FAPbI

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

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。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”，“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”，“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

参照图1，本申请一实施例提供了一种α-FAPbI

S110：使用2-甲氧基乙醇溶解PbI

S120：向钙钛矿溶液中加入反溶剂，反溶剂包括正丁醇、正戊醇、正己醇、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯中的至少一种；

S130：加热钙钛矿溶液以析出黑色沉淀。

上述α-FAPbI

在一些实施例中，2-甲氧基乙醇与反溶剂的体积比为（10~30）:1。在该2-甲氧基乙醇与反溶剂的体积比的范围内，α-FAPbI

在一些实施例中，FAI和PbI

在一些实施例中，加热钙钛矿溶液以析出黑色沉淀包括：将钙钛矿溶液加热至第一温度，使钙钛矿溶液析出黄色沉淀；将钙钛矿溶液加热至第二温度，使黄色沉淀全部转变为黑色沉淀。

在一些实施例中，第一温度为100℃~110℃。可选地，第一温度为100℃、101℃、102℃、103℃、104℃、1105℃、106℃、107℃、108℃、109℃或110℃。或者，第一温度也可以在上述任意两个温度之间的范围内。

在一些实施例中，第二温度为120℃~130℃。可选地，第二温度为120℃、121℃、122℃、123℃、124℃、125℃、126℃、127℃、128℃、129℃或130℃。或者，第二温度也可以在上述任意两个温度之间的范围内。

在一些实施例中，将钙钛矿溶液加热至第二温度的升温速率为0.5K/min~1K/min。通过较慢的速度对钙钛矿溶液进行加热，实现钙钛矿的充分逆温结晶的同时，通过较慢的结晶实现钙钛矿晶体的自纯化，也可以使钙钛矿晶体尽量多的结晶出来，提高α-FAPbI

在一些实施例中，加热钙钛矿溶液以析出黑色沉淀后还包括：对钙钛矿溶液进行搅拌陈化。搅拌陈化可以使晶体型沉淀在加热搅拌下更加彻底形成沉淀，同时，搅拌陈化是可以使溶液中微小沉淀颗粒发生聚集，从而避免过滤时损失，进一步提高α-FAPbI

在一些实施例中，搅拌陈化的温度为120℃~130℃。可选地，搅拌陈化的温度为120℃、121℃、122℃、123℃、124℃、125℃、126℃、127℃、128℃、129℃或130℃。或者，搅拌陈化的温度也可以在上述任意两个温度之间的范围内。

在一些实施例中，搅拌陈化的时间为0.8h~1.5h。可选地，搅拌陈化的时间为0.8h、0.9h、1h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h或1.5h。或者，搅拌陈化的时间也可以在上述任意两个时间之间的范围内。

在一些实施例中，加热钙钛矿溶液以析出黑色沉淀后还包括：分离黑色沉淀和溶液，使用乙腈对分离后的黑色沉淀进行洗涤。

在一些实施例中，分离黑色沉淀和溶液包括：过滤分离黑色沉淀和溶液。

在一些实施例中，分离黑色沉淀和溶液之后，使用乙腈对分离后的黑色沉淀进行洗涤之前还包括：对黑色沉淀进行烘干处理。

在一些实施例中，烘干处理的温度为140℃~160℃。可选地，烘干处理的温度为140℃、141℃、142℃、143℃、144℃、145℃、146℃、147℃、148℃、149℃、150℃、151℃、152℃、153℃、154℃、155℃、156℃、157℃、158℃、159℃或160℃。或者，烘干处理的温度也可以在上述任意两个温度之间的范围内。

在一些实施例中，烘干处理的时间为0.3h~0.7h。可选地，烘干处理的时间为0.3h、0.35h、0.4h、0.45h、0.5h、0.55h、0.6h、0.65h或0.7h。或者，烘干处理的时间也可以在上述任意两个时间之间的范围内。

参照图2，在一些实施例中，α-FAPbI

S210：使用2-甲氧基乙醇溶解PbI

S220：向钙钛矿溶液中加入反溶剂，反溶剂包括正丁醇、正戊醇、正己醇、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯中的至少一种；

S230：将钙钛矿溶液加热至第一温度，使钙钛矿溶液析出黄色沉淀；

S240：将钙钛矿溶液加热至第二温度，使黄色沉淀全部转变为黑色沉淀；

S250：对钙钛矿溶液进行搅拌陈化；

S260：分离黑色沉淀和溶液，对黑色沉淀进行烘干处理，使用乙腈对烘干后的黑色沉淀进行洗涤；

S270：收集洗涤后的黑色沉淀并干燥，得到α-FAPbI

上述α-FAPbI

在一些实施例中，α-FAPbI

（1）使用2-甲氧基乙醇溶解PbI

（2）向钙钛矿溶液中加入反溶剂，反溶剂包括正丁醇、正戊醇、正己醇、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯中的至少一种；

（3）将钙钛矿溶液加热至第一温度，使钙钛矿溶液析出黄色沉淀；

（4）将钙钛矿溶液加热至第二温度，使黄色沉淀全部转变为黑色沉淀；

（5）对钙钛矿溶液进行搅拌陈化；

（6）分离黑色沉淀和溶液，对黑色沉淀进行烘干处理，使用乙腈对烘干后的黑色沉淀进行洗涤；

（7）收集洗涤后的黑色沉淀并干燥，得到α-FAPbI

本申请又一实施例提供一种α-FAPbI

本申请又一实施例提供一种钙钛矿太阳能电池，钙钛矿太阳能电池的钙钛矿层的原材料包括上述的α-FAPbI

以下为具体实施例

实施例

α-FAPbI

（1）在25mL小瓶内将4.61g（10mmol）的纯度为98%的PbI

（2）滴加完毕正丁醇后将烧瓶浸入油浴中快速搅拌并加热至105℃，再缓慢将烧瓶加热至125℃，直至所有黄色沉淀变为具有金属光泽的黑色晶体后，继续在该温度下搅拌陈化1h；

（3）趁热将瓶底的黑色晶体颗粒在提前预热的砂芯漏斗中抽滤出来，然后直接将漏斗连同黑色晶体颗粒一起放入150℃的烘箱内处理0.5h，黑色晶体颗粒冷却到室温后用乙腈洗涤；

（4）收集洗涤后的黑色晶体平铺至培养皿中并在真空干燥箱内50℃下干燥过夜，以83%的产率收得干燥纯净的α-FAPbI

钙钛矿太阳能电池的制备

（1）将氧化铟锡（ITO）玻璃基底依次用表面活性剂、去离子水、丙酮及异丙醇分别超声清洗20min，将清洗后的ITO玻璃基底用氮气枪吹干，并在等离子体清洗机中处理3min。

（2）转移玻璃基底至手套箱中，在基底表面旋涂0.8mg/mL的[2-(9H-咔唑-9-基)乙基]膦酸（2PACz）的甲醇溶液，旋凃的转速为4000rpm，持续40s，旋凃后将玻璃基底在90℃热台上退火处理10min。

（3）配制钙钛矿前驱体溶液：将1.7mmol的上述制备方法制备的α-FAPbI

（4）在2PACz薄膜的表面旋涂钙钛矿前驱体溶液，转速为4000rpm，持续50s，中途滴加氯苯作为反溶剂，再将玻璃基底在150℃热台上退火处理15min。

（5）在钙钛矿层上依次真空蒸镀富勒烯（C

对比例1

α-FAPbI

（1）在25mL小瓶内将4.61g（10mmol）的纯度为98%的PbI

（2）将烧瓶浸入油浴中快速搅拌并加热至80℃，再缓慢将烧瓶加热至135℃，直至所有黄色沉淀变为具有金属光泽的黑色晶体后，继续在该温度下搅拌陈化1h；

（3）趁热将瓶底的黑色晶体颗粒在提前预热的砂芯漏斗中抽滤出来，然后直接将漏斗连同黑色晶体颗粒一起放入150℃的烘箱内处理0.5h，黑色晶体颗粒冷却到室温后用乙腈洗涤；

（4）收集洗涤后的黑色晶体平铺至培养皿中并在真空干燥箱内50℃下干燥过夜，以48%的产率收得干燥纯净的α-FAPbI

钙钛矿太阳能电池的制备

（1）将氧化铟锡（ITO）玻璃基底依次用表面活性剂、去离子水、丙酮及异丙醇分别超声清洗20min，将清洗后的ITO玻璃基底用氮气枪吹干，并在等离子体清洗机中处理3min。

（2）转移玻璃基底至手套箱中，在基底表面旋涂0.8mg/mL的2PACz的甲醇溶液，旋凃的转速为4000rpm，持续40s，旋凃后将玻璃基底在90℃热台上退火处理10min。

（3）配制钙钛矿前驱体溶液：将1.7mmol的上述制备方法制备的α-FAPbI

（4）在2PACz薄膜的表面旋涂钙钛矿前驱体溶液，转速为4000rpm，持续50s，中途滴加氯苯作为反溶剂，再将玻璃基底在150℃热台上退火处理15min。

（5）在钙钛矿层上依次真空蒸镀C

对比例2

钙钛矿太阳能电池的制备

（1）将氧化铟锡（ITO）玻璃基底依次用表面活性剂、去离子水、丙酮及异丙醇分别超声清洗20min，将清洗后的ITO玻璃基底用氮气枪吹干，并在等离子体清洗机中处理3min。

（2）转移玻璃基底至手套箱中，在基底表面旋涂0.8mg/mL的2PACz的甲醇溶液，旋凃的转速为4000rpm，持续40s，旋凃后将玻璃基底在90℃热台上退火处理10min。

（3）配制钙钛矿前驱体溶液：将1.7mmol的纯度99.99%的PbI

（4）在2PACz薄膜的表面旋涂钙钛矿前驱体溶液，转速为4000rpm，持续50s，中途滴加氯苯作为反溶剂，再将玻璃基底在150℃热台上退火处理15min。

（5）在钙钛矿层上依次真空蒸镀C

对比例3

钙钛矿太阳能电池的制备

（1）将氧化铟锡（ITO）玻璃基底依次用表面活性剂、去离子水、丙酮及异丙醇分别超声清洗20min，将清洗后的ITO玻璃基底用氮气枪吹干，并在等离子体清洗机中处理3min。

（2）转移玻璃基底至手套箱中，在基底表面旋涂0.8mg/mL的2PACz的甲醇溶液，旋凃的转速为4000rpm，持续40s，旋凃后将玻璃基底在90℃热台上退火处理10min。

（3）配制钙钛矿前驱体溶液：将1.7mmol的低纯度的PbI

（4）在2PACz薄膜的表面旋涂钙钛矿前驱体溶液，转速为4000rpm，持续50s，中途滴加氯苯作为反溶剂，再将玻璃基底在150℃热台上退火处理15min。

（5）在钙钛矿层上依次真空蒸镀C

对实施例和对比例1~4中制备所得的钙钛矿太阳能电池性能进行测试，测试结果如下表1和图3所示：

表1

从上述测试结果可以看出，由高纯度原料和低纯度原料制备的钙钛矿太阳能电池器件性能差距明显，可见原料中留存的杂质对电池效率具有严重不良影响。经过本申请α-FAPbI

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发明专利范围的限制。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，说明书及附图可以用于解释权利要求的内容。