[发明专利]一种高度稳定铅基有机-无机杂化钙钛矿纳米片制备方法

说明书

本发明提供了一种铅基有机‑无机杂化钙钛矿纳米片的制备方法，是通过两步法制备得到，包括以下步骤：1，将过饱和的卤化铅水溶液滴加到基底上制备卤化铅基底；2，加热有机前驱体至气相状态，与卤化铅基底充分接触并反应，得到铅基有机‑无机杂化钙钛矿纳米片。其中在气相法中，在有机前驱体中加入了疏水改性哌嗪，对卤化铅进行了处理，所得钙钛矿纳米片的浸润角增长明显，说明其抗水能力得到了提升。老化试验证明了所得钙钛矿在高温和高湿环境下能保持长时间稳定，将其制备为太阳能电池，能有不错的光电效率。本发明制备方法提供的铅基有机‑无机杂化钙钛矿纳米片综合性能优异，能同时兼具良好的光电效率和稳定性，有很好的市场推广前景。

技术领域

本发明涉及钙钛矿制备技术领域，特别是关于铅基有机-无机杂化钙钛矿纳米片的制备方法。

背景技术

钙钛矿是由特定晶体结构所定义的一种材料类别，一般化学通式为AMX₃或者A₂MX₄， A,M,X位可以通过选择不同组成成分得到各种钙钛矿材料，M位元素中用在太阳能电池当中的一般是铅和锡。相比晶体硅，这些原材料要便宜得多，且能被喷涂在玻璃上，无需在清洁的房间当中精心组装。

由于钙钛矿材料特殊的结构，使它在高温催化及光催化方面具有潜在的应用前景，国内外对钙钛矿结构类型材料的研究主要集中在对材料结构方面，对于在催化方面的应用研究相对较少。另外除晶体硅外，钙钛矿也可用来制作太阳能电池的替代材料。其中铅基有机-无机杂化钙钛矿因其优异的光电特性被广泛应用于光电探测器、发光二极管和太阳能电池等领域，作为直接带隙半导体，其具有发光效率高，低缺陷密度，带隙可调，低激子束缚能等优点，在光源、光伏器件领域表现出很大的应用潜力，而钙钛矿纳米片基于厚度及维度降低的优势使其具有更好的光学特性，成为了钙钛矿领域的一大研究热点。有机无机杂化钙钛矿太阳能电池在近几年内得到了迅猛的发展,目前转换效率已经达到了22.1％,可以媲美于其它商业化应用的太阳能电池。目前钙钛矿材料纳米片的制备主要通过以下几种方式实现：

1)、溶液法制备，将卤化铅与有机前体反应物混溶于合适的有机溶剂中，通过过饱和溶液析晶的方法得到目标有机-无机杂化钙钛矿；

2)、气相法制备，气相制备法就是将拟生长的晶体原材料通过升华、蒸发、分解等过程转化为气相状态，然后使该气相的饱和蒸气经冷凝结晶而生长成晶体。主要是化学气相沉积，采用一步或两步气相法，一步法是将反应物原料均在低压高温下条件下蒸发成气相状态进行反应制备钙钛矿纳米片；二步法是先通过化学气相合成法在基底上制备得到卤化铅纳米片(PbX₂,(X:Cl,Br,I))，再通过第二步采用CVD化学气相沉积将有机前体物质在低压高温下蒸发与铅基卤化物纳米片反应得到钙钛矿纳米片。

如上所述的钙钛矿合成法均存在一定的问题，因钙钛矿本身化学稳定性差，溶液法生长的过程无法避免会引入缺陷和杂质，且有机溶剂的选择复杂易污染环境，而化学气相沉积法沉积速率较低，且对设备要求很严格，难以进行大规模制备，无法避免Pb对环境造成的污染，此外气相法掺杂对于钙钛矿有机前体的选择具有很大的局限性，对于掺杂CH₃NH₃I(MAI)等可以插入到卤化铅纳米片PbX₆八面体间隙的短碳链较小有机分子更为适用，而长碳链的有机分子生长二维钙钛矿一般都采用溶液浇注法，或析晶法，所需溶剂种类较多，过程繁杂，且溶液生长过程容易引入晶界。

还有钙钛矿高温固相法、钙钛矿溶胶-凝胶法、钙钛矿沉淀法、高能球磨法、超临界干燥法、微乳法及自蔓延高温燃烧合成法等，但这些方法要么得到钙钛矿产品容易颗粒团聚，粒径分布不够均匀，进而作为太阳能电池光伏效率低，要么需要特殊的设备仪器，操作复杂，成本高昂。