[发明专利]一种形貌可控的碘化铅材料及其制备方法

说明书

一种形貌可控的碘化铅材料的制备方法，将三水合乙酸铅溶解于酸性水溶液中，得到乙酸铅水溶液，然后将碘化钾溶液逐滴加入到乙酸铅水溶液中，滴毕后移入聚四氟乙烯反应釜中密封后，于80～120℃下反应8～16小时，得到碘化铅材料。工艺简单，反应条件温和，操作方便，通过调节酸的含量，制备的PbI₂材料的颗粒尺寸能够在1～60μm间调节，颗粒尺寸的分布范围能够有效调控，颗粒形貌—即{001}面和{101}面的比例能够有效控制。采用不同形貌和尺寸的PbI₂材料配制的PbI₂胶体溶液的胶束颗粒尺寸在100～1000nm范围内，且胶束颗粒尺寸分布范围可调。利用溶液旋涂法制备的PbI₂薄膜形貌能够有效调控。

技术领域

本发明属于无机材料技术领域，涉及一种PbI₂材料的制备方法，尤其涉及一种形貌可控的碘化铅材料及其制备方法。

背景技术

通常认为材料的性质不仅取决于材料的化学组成，同时取决于它的结构、相态、尺寸、形貌、尺寸分布和维度等[Angew.Chem.Int.Ed.,2008,47(29):5292-5304]。在微观尺度上控无机或有机材料的各向异性是当前材料领域中最具挑战性的前沿课题，在过去的几年，研究人员开发出多种多样的合成手段制备出各种各样的材料结构[Chem.Rev.,2005,105(4):1025-1102]。

PbI₂是一种独特的宽禁带半导体，其禁带宽度为2.3-2.55eV，并且具有高相对分子质量和电阻率。目前，由于PbI₂独特的非线性光学和电学特性，被广泛研究用于特殊的技术应用，包括光电池以及X射线和γ射线探测器等[Appl.Phys.A,2010,98(2):299-304]。作为一种高度各向异性的半导体材料，PbI₂具有典型的碘化镉层状结构，其由一层铅离子夹在两层碘离子之间的三明治结构形成的封闭六方晶系重复单元而组成[Phys.Rev.B,1998,58(19):10355]，这一独特的层状结构使无机小分子能够插入其层之间形成独特的具有特殊光学特性的钙钛矿结构。因此，近年来基于PbI₂材料在有机-无机杂化卤化铅钙钛矿太阳能领域得到广泛应用，典型甲胺铅碘(MAPbI₃)钙钛矿薄膜太阳能电池效率不断突破，是最具潜力的新一代太阳能电池材料[J.Phys.Chem.Lett.,2013,4(21):3623-3630]。

目前有机-无机杂化卤化铅钙钛矿太阳能电池中，器件性能的研究主要集中在有机小分子材料设计、器件结构、器件制作工艺优化以及钙钛矿化学组成调控上[Chem.Soc.Rev.,2016,45(3):655-689]，而PbI₂材料形貌对钙钛矿太阳能电池器件性能的影响并没有受到广泛关注。研究表明，通过调控PbI₂前驱液中PbI₂胶束颗粒的尺寸及其分布，能够有效调节旋涂法制备的PbI₂薄膜形貌[Adv.Mater.,2016,28(44),9862-9868]。目前，研究人员采用了多种合成手段制备了PbI₂微米或纳米结构，包括胶束法、溶胶凝胶法、反向微乳法、气相沉积法和水热法等。在水热法中，通过改变表面活性剂分子类型，能够得到各种特殊形貌的PbI₂微结构，如棒状和球形微结构[Appl.Phys.A,2010,98(2):299-304]。然而，在PbI₂向MAPbI₃钙钛矿材料转变过程中，PbI₂表面活性剂分子的存在极大影响最终钙钛矿材料的光电转化性能。因此，需要开发出尺寸、形貌可调，且无稳定剂包裹的PbI₂材料，这将很大程度改善PbI₂薄膜及MAPbI₃钙钛矿薄膜的特性，为实现更高效钙钛矿太阳能电池器件开辟新途径。

发明内容