[发明专利]一种钙钛矿材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种钙钛矿材料及其制备方法和应用。该钙钛矿材料的制备方法包括下述步骤：将物质m、物质p和物质n进行固相反应，即可；物质m为一种或多种AX；物质p为一种或多种DX；物质n为一种或多种BY₂。本发明中钙钛矿材料的制备方法不仅简单、设备要求低、能耗小、环保，而且原料成本低、原子经济性和反应效率较高，有利于工业化生产。

技术领域

本发明涉及材料科学技术及光电应用领域，具体涉及一种钙钛矿材料及其制备方法和应用。

背景技术

钙钛矿材料因具备可调控的直接带隙、高电子迁移率、高吸收系数和长载流子寿命等优势被广泛应用于半导体光电器件中，例如太阳能电池、光电探测器、发光二极管、高能射线闪烁体、场效应晶体管和忆阻器等领域。相比于传统的硅基半导体材料，钙钛矿材料生产成本低，原料来源广泛、生产成本低；而且，材料具有优异的光电性质，比如具有低的缺陷密度、高的载流子迁移率、超长载流子扩散距离、高的缺陷容忍性等。

目前，有机金属卤化物钙钛矿在太阳能电池领域发展非常迅速，所制备的太阳能电池的光电转化效率发展迅速且达到了非常高的水平，从2009年3.8％的光电转化效率，到2020年已迅速提高至25.5％。

目前器件中薄膜的制备方法主要为溶液法或沉积法，虽然得到的材料纯度较高，但这两种方法不仅工艺条件复杂，设备要求高，能耗也较大，且溶剂对环境污染较大，不环保。

文献(Prochowicz D,Yadav P,Saliba M,et al.Mechanosynthesis of purephase mixed-cation MA_xFA1_xPbI₃ hybrid perovskites:photovoltaic performance andelectrochemical properties[J].Sustainable EnergyFuels,2017,1.)中公开了一种采用甲胺氢碘酸盐(MAI)、甲脒氢碘酸盐(FAI)和碘化铅(PbI₂)固相合成钙钛矿的方法。虽然该方法工艺简单，但是其原料成本较高，且反应效率较低。

因此，亟需提供一种工艺简单，绿色环保，且原料成本低、反应效率高的钙钛矿材料的制备方法。

发明内容

本发明所要解决的问题为提供一种钙钛矿材料、其制备方法、应用和太阳能电池。本发明中钙钛矿材料的制备方法不仅简单、设备要求低、能耗小、环保，而且原料成本低、原子经济性和反应效率较高，有利于工业化生产。

发明人通过实验表明：选择原料AX和BY₂时，可发生AX+2DX+BY₂＝ABX₃+2DY或2AX+2DX+BY₂＝A₂BX₄+2DY的固相反应；其中，ABX₃和A₂BX₄为目标产物钙钛矿材料。副产物DY为离子液体时，绿色环保，可进一步回收利用。本发明中特别选择的原料和制备方法能够制得纯度较高、热稳定性较好的钙钛矿材料，且将其用于太阳能电池中，转化效率较高。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供的技术方案之一为：一种钙钛矿材料的制备方法，其包括下述步骤：将物质m、物质p和物质n进行固相反应，即可；

所述物质m为一种或多种AX；所述物质p为一种或多种DX；所述物质n为一种或多种BY₂；

其中，所述A独立地为Cs⁺或有机胺阳离子；

所述D独立地为有机胺阳离子、NH₄⁺、K⁺或Na⁺；