[发明专利]基于两相法的有机-无机杂化钙钛矿单晶制备方法

说明书

本发明提供一种基于两相法的有机‑无机杂化钙钛矿单晶制备方法，将含有第一反应物的卤代物溶液作为下层溶液，将含有第二反应物的有机物溶液作为上层溶液，上层溶液密度小于下层溶液，第一反应物和第二反应物在下层溶液和上层溶液的界面接触处反应生成有机‑无机杂化钙钛矿单晶薄片。能够得到结晶度高且结晶相一致的晶体结构，且能够实现晶体薄片任意形状和面积的制备，避免了后期物理加工带来的晶体破坏，保证了晶体生长中结构完整性和一致性。通过控制反应温度和浓度来生长单晶。增加了连通器，可直接生长出厚度小于50um的单晶片，操作简便，所需设备简单、成本较低、原料比较常见，有助于钙钛矿单晶电池效率提高方面的研究。

技术领域

本发明涉及钙钛矿太阳能电池，具体为基于两相法的有机-无机杂化钙钛矿单晶制备方法。

背景技术

目前，人类对能源的需求主要依赖于化石能源，化石能源储量虽然丰富但终将面临枯竭，其使用还会对环境造成一定污染。因此，开发可再生能源、调整能源结构、实现能源的可持续发展被全世界所关注。

可再生能源主要包括太阳能、风能和地热能等，其中，太阳能是一种取之不尽、用之不竭的高效清洁能源，每秒的太阳辐射相当于5.9×10⁶吨煤燃烧产生的能量，且太阳能的使用不受地理因素的影响。因此，利用太阳能展开相关技术研究，提高太阳能电池的光电转化效率是目前光伏领域的研究重点。

基于有机-无机杂化钙钛矿材料制备的太阳能电池具有能量转换效率高、制备工艺相对简单、成本低等优点，自2009年被首次提出以来，其光电转换效率已从3.8％提升至22.1％。目前，研究的热点仍然是钙钛矿薄膜太阳能电池，其稳定性受到容易受到温度和湿度的影响，而钙钛矿单晶材料具有较好的稳定性，其光学带隙小、迁移率高、载流子寿命长，能为目前太阳电池微观物理机制的深层研究，以及进一步提高钙钛矿型太阳电池和光电器件的性能提供研究思路。

据研究，影响钙钛矿单晶电池效率的主要因素是单晶的厚度，钙钛矿单晶薄片的厚度为10um时，理论效率可以达到23.5％，传统界面法下层溶液固定，在不破坏界面的情况下无法实现浓度等条件的调节，不利于晶体的稳定均匀生长，在反应物不断消耗的情况下，无法持续的保证晶体的连续生长，而且无法对晶体的面积进行控制。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于两相法的有机-无机杂化钙钛矿单晶制备方法，操作简单，成本低，安全环保，需要温度低，上下层溶液浓度独立可控。

本发明是通过以下技术方案来实现：

基于两相法的有机-无机杂化钙钛矿单晶制备方法，将含有第一反应物的卤代物溶液作为下层溶液，将含有第二反应物的有机物溶液作为上层溶液，上层溶液密度小于下层溶液，第一反应物和第二反应物在下层溶液和上层溶液的界面接触处反应生成有机-无机杂化钙钛矿单晶薄片。

优选的，所述的有机-无机杂化钙钛矿单晶为A_xA'_(1-x)MX_yX'_(3-y)，A、A'、X和X'由含有第一反应物的卤代物溶液提供，M由第二反应物提供；A为Cs或Rb，A'为CH3NH₃⁺，H₂N-CH＝NH₂⁺或(CH₃)₄N⁺；M为Pb、Sn或Ge，X及X'为I、Br或Cl，x的取值为0～1，y的取值为0～3。

优选的，下层溶液和上层溶液在连通器的一个通口内反应，通过对连通器进行油浴或水浴，或在连通器非反应通口内加入不同温度的下层溶液，控制反应温度低于120℃。