[发明专利]一种相转化法制备高纯度单分散碘化铅的方法

说明书

技术领域

本发明涉及钙钛矿电池用高纯、单分散碘化铅制备技术领域，特别涉及一种相转化法制备高纯度单分散碘化铅的方法。

背景技术

近年来，为解决日益严峻的能源和环境问题，人们把目光投向了新能源的开发和利用上。研发高效率、低成本、制作工艺简单、易大面积制作、生产过程低能耗、环境友好的新型太阳能电池十分必要，而在众多的太阳能电池中，全固态有机卤化物钙钛矿太阳能电池尤为人们所青睐。

钙钛矿材料 MAPbX₃ (MA = CH₃NH₃，CH₃CH₂NH₃⁺，NH₂=CH=NH₂⁺；X = Cl，Br，I ) 于1978年被首次报道，之后直到2006年日本科学家Miyasaka 首次报道用其制作的太阳能电池效率为2%，从此拉开了钙钛矿太阳能电池研发的序幕。随后韩国科学家Park 课题组在2011 年将其效率提升到6.5%， 2013 年英国科学家Snaith研究组成功地制备了效率高达15.9%的钙钛矿电池，2014年美国Yang Yang研究组制备的钙钛矿电池效率达到19.3%，而目前钙钛矿电池效率已达到22.1%，其迅猛发展的势头使之俨然成研究热点。钙钛矿型太阳能电池以其成本便宜、光电转化效率高等诸多优势而将染敏、有机光伏等新概念太阳能电池远远甩在了身后，引起了全球研究者、风投资本家的热切关注。

有机卤化物钙钛矿太阳能电池作为第三代太阳能材料展现出了极佳的发展势头, 发展前景光明, 但需要解决的问题也不少。为了促使这种独特、高效的新能源材料得到能源市场的接纳, 全世界的科学家至少需要进一步开展材料微观组织结构、材料表界面设计、入射光优化管理等方面开展研究，争取在器件的转换效率、低制备成本、高稳定性和大规模工业化制备方面取得新的重大突破。

碘化铅作为钙钛矿电池的基本原料之一，其纯度对于电池性能的影响也非常显著。如何在工业上大规模制备出高纯碘化铅材料，稳定供给钙钛矿光伏电池行业，满足其高性能、低成本的诸多要求，实现基础原料的稳定自给性、可控自给性是关系到此类新概念太阳能电池能否迅速产业化成功实施和推广的重要保障。

碘化铅的现有制备方法，多采用湿法沉淀工艺过程来实现，然而如何保证其沉析出的碘化铅晶粒纯度高，则是合成制备过程中尤其应该加以考虑和设计的关键。化学沉淀结晶过程的具体特征，对于沉淀结晶产物的纯度要求甚高。虽然碘化铅用作钙钛矿太阳能电池的基础原料，对其粒度和形貌等物理特征没有直接的特别要求，因其在制作过程中会将碘化铅用有机试剂如二甲基甲酰胺(DMF)等完全溶解而制作成均匀溶液，与其它有机原料调制混合均匀后再通过多次旋涂或气相沉积的方式制作成平整致密的钙钛矿光电转换薄膜。但是，在湿法沉淀结晶过程中，控制其沉淀结晶参数以实现晶粒的生成与长大，则直接关系到沉淀结晶产物的纯度，也即其粒度、形貌等特征实际上也会影响到其纯度。譬如，细小的碘化铅沉淀颗粒，包藏、夹杂、共吸附现象严重，会导致后续的洗涤过程难以达到理想的清洗效果。而粗大、均匀、结晶性高的碘化铅颗粒，则自身包藏、夹杂和表面吸附的杂质数量则会显著少很多，也利于后续的快速、高效清洗。因而其纯度要远远高于细小粒度的碘化铅产物。兼之粗大的碘化铅形成，其结晶长大过程本身就是一个排出杂质、按自身晶习缓慢生长的过程，因此粗大、结晶性好、粒度均匀的碘化铅颗粒之可控制备，乃是制备高纯度碘化铅原料的关键问题所在。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种相转化法制备高纯度单分散碘化铅的方法，可制备出高纯、分散的碘化铅粉体。

本发明一种相转化法制备高纯度单分散碘化铅的方法，首先制备出含铅沉淀物，所述含铅沉淀物与含碘离子的溶液进行可控的接触反应，从而制备出高纯分散的碘化铅粉体。

进一步的，具体包括如下步骤：

步骤一、制备含铅溶液；配制A溶液，所述A溶液为0.01~2M铅离子水溶液；配制B溶液或C溶液，所述B溶液为0.02~4M的氯化钠溶液；所述C溶液为0.02~4M的溴化钠溶液；所述A溶液、B溶液、C溶液的初始pH值均调节到1~7之间；

步骤二、制备含铅沉淀物：将所述A溶液与B溶液或C溶液等体积缓慢混合，发生接触反应，形成晶形沉淀物，所述沉淀物的主要成分为氯化铅或溴化铅；