一种钙钛矿墨水及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种钙钛矿墨水及其制备方法和应用，所述制备方法包括：将第一钙钛矿前驱体和第二钙钛矿前驱体与富氢卤键溶剂混合，原位反应生成钙钛矿墨水。本发明专利技术将钙钛矿前驱体溶于富氢卤键溶剂中，利用氢键与钙钛矿三维结构之间的强作用实现了原位反应，从而生成三维钙钛矿纳米晶，富氢卤键溶剂良好的分散性和适配的粘度使得纳米晶很好的分散在溶剂中，进而制备出用于大面积钙钛矿薄膜生产使用的钙钛矿墨水；同时，溶剂中分散的三维钙钛矿纳米晶结构稳定，可有效提高电荷传输速率，改善钙钛矿太阳能电池的光电性能。此外，本发明专利技术的制备方法工艺简单，易操作，可满足大面积制备的工艺要求，具有良好的发展潜力。具有良好的发展潜力。具有良好的发展潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿墨水及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于光伏领域，具体涉及一种钙钛矿墨水及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]现如今，小面积(<0.1cm2)钙钛矿太阳能电池的效率已经超过25％，可与传统晶硅电池相媲美，而大面积钙钛矿太阳能电池的制备依然存在不可忽视的问题，传统溶液法制备钙钛矿薄膜难于控制其成核及结晶，因此导致不均一的成膜，故对于大面积钙钛矿太阳能电池中钙钛矿薄膜的制备需要寻求合适的墨水用于适配大面积加工工艺，如喷墨打印、狭缝涂布或卷对卷印刷等。
[0003]目前采用的钙钛矿墨水都是基于如二甲基亚砜、二甲基甲酰胺或N
‑
甲基吡咯烷酮等极性溶剂溶解钙钛矿前驱体，再加入其他分散溶剂(醇类、醚类或酯类等)构建中间相工程，调控加工工艺从而控制钙钛矿结晶，形成钙钛矿薄膜。例如，CN107474632A公开了一种喷墨打印用钙钛矿墨水及其制备方法，所述制备方法包括：提供钙钛矿材料与溶剂(包括至少一种烷烃或者芳香烃化合物、至少一种醇类化合物、及至少一种高沸点溶剂)，将钙钛矿材料分散于溶剂中，得到钙钛矿溶液；在搅拌作用下，向所述钙钛矿溶液中加入黏度调节剂和表面张力调节剂，搅拌均匀后，获得喷墨打印用钙钛矿墨水。CN114456642A公开了一种钙钛矿墨水及钙钛矿薄膜的制备方法，其方法包括：取钙钛矿前驱体、配体溶剂(二甲基亚砜、氮甲基吡咯烷酮、二戊基亚砜、二甲基
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Β
‑
丙酸噻亭中的至少一种)以及载体溶剂(二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、γr/>‑
丁内酯、2
‑
巯基乙醇，γ
‑
戊内酯中的至少一者)混合均匀，制得所述钙钛矿墨水。CN111471351A公开了一种钙钛矿墨水、钙钛矿薄膜的制备方法与显示面板，所述钙钛矿墨水包括：钙钛矿前驱体、热固化单体、预聚物、引发剂以及极性溶剂，其中，所述钙钛矿前驱体、热固化单体、预聚物、引发剂以及极性溶剂的质量比为1:(0.2
‑
1.5):(0.2
‑
1):(0.006
‑
0.25):(0.1
‑
1)。
[0004]然而，采用传统的极性溶剂及改性溶剂溶解钙钛矿组分，获得钙钛矿墨水，进而得到钙钛矿薄膜，其结晶往往存在难控性，导致低质量的成膜；此外，通过有机配体(例如油胺或油酸等)稳定钙钛矿结构会影响电荷的传输。因此，制备得到的大面积钙钛矿太阳能电池的光电性能大打折扣。
[0005]基于以上情况，设计一种工艺简单的制备方法，使得制备得到的钙钛矿墨水不仅性能优异，而且可用于大面积钙钛矿太阳能电池的制备，是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种钙钛矿墨水及其制备方法和应用。本专利技术将钙钛矿前驱体溶于富氢卤键溶剂中，利用氢键与钙钛矿三维结构之间的强作用实现了原位反应，从而生成三维钙钛矿纳米晶，富氢卤键溶剂良好的分散性和适配的粘度使得纳米晶很好的分散在溶剂中，进而制备出用于大面积钙钛矿薄膜生产使用的钙钛矿墨水；同时，溶剂中分散的三维钙钛矿纳米晶结构稳定，可有效提高电荷传输速率，改善钙
钛矿太阳能电池的光电性能。此外，本专利技术的制备方法工艺简单，易操作，可满足大面积制备的工艺要求，具有良好的发展潜力。
[0007]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种钙钛矿墨水的制备方法，所述制备方法包括：
[0009]将第一钙钛矿前驱体和第二钙钛矿前驱体与富氢卤键溶剂混合，原位反应生成钙钛矿墨水。
[0010]本专利技术将钙钛矿前驱体溶于富氢卤键溶剂中，利用氢键与钙钛矿三维结构之间的强作用实现了原位反应，从而生成三维钙钛矿纳米晶，富氢卤键溶剂良好的分散性和适配的粘度使得纳米晶很好的分散在溶剂中，进而制备出用于大面积钙钛矿薄膜生产使用的钙钛矿墨水；同时，溶剂中分散的三维钙钛矿纳米晶结构稳定，可有效提高电荷传输速率，改善钙钛矿太阳能电池的光电性能。此外，本专利技术的制备方法工艺简单，易操作，可满足大面积制备的工艺要求，具有良好的发展潜力。
[0011]优选地，所述富氢卤键溶剂为酰卤溶剂。
[0012]优选地，所述酰卤溶剂包括酰氟溶剂、酰氯溶剂、酰溴溶剂或酰碘溶剂中的任意一种或至少两种的组合，优选为酰氟溶剂。
[0013]本专利技术中，酰氟溶剂具有强烈的氢键作用，可促进三维钙钛矿纳米晶的生成，且酰氟溶剂的粘度匹配，可达到分散三维钙钛矿纳米晶的效果，并且酰氟溶剂易挥发去除，对钙钛矿电池的光电性能无影响。
[0014]优选地，所述酰氟溶剂包括苯甲酰氟溶剂、2,3,4,5
‑
四氟苯甲酰氟溶剂、4
‑
甲酰基苯甲酰氟溶剂、4
‑
氯苯甲酰氟溶剂、4
‑
溴苯甲酰氟溶剂、4
‑
乙酰苯甲酰氟溶剂、4苯基苯甲酰氟溶剂、4
‑
(2
‑
甲基
‑2‑
丙基)苯甲酰氟溶剂、3,5
‑
二氯
‑
2,4
‑
二氟苯甲酰氟溶剂、间三氟甲基苯甲酰氟溶剂、对三氟甲基苯甲酰氟溶剂、3
‑
氯
‑4‑
(三氟甲基)苯甲酰氟溶剂、2
‑
(三氟甲基)苯甲酰氟溶剂、4
‑
(三氟甲氧基)苯甲酰氟溶剂、2
‑
萘酰氟溶剂、1,3
‑
苯二甲酰二氟溶剂、1,4
‑
苯二甲酰二氟溶剂或2,3,5,6
‑
四氟
‑4‑
三氟甲基苯甲酰氟溶剂中的任意一种或至少两种的组合。
[0015]优选地，所述第一钙钛矿前驱体包括MAX、FAX'或CsX”中的任意一种或至少两种的组合，其中X、X'和X”独立地包括Cl、Br或I中的任意一种或至少两种的组合，示例性的，MAX可以是MACl、MABr或MAI等，FAX'可以是FACl、FABr或FAI等，CsX”可以是CsCl、CsBr或CsI等。
[0016]优选地，所述第一钙钛矿前驱体的摩尔浓度为0.5
‑
2mol/L，例如可以是0.5mol/L、0.7mol/L、0.9mol/L、1.1mol/L、1.3mol/L、1.5mol/L、1.7mol/L或2mol/L等。
[0017]优选地，所述第一钙钛矿前驱体和富氢卤键溶剂的质量体积比为(0.1
‑
1.5)g:(0.1
‑
2)mL，其中，第一钙钛矿前驱体质量的选择范围“0.1
‑
1.5”例如可以是0.1g、0.2g、0.3g、0.4g、0.5g、0.6g、0.7g、0.8g、0.9g、1g、1.1g、1.2g、1.3g、1.4g或1.5g等，富氢卤键溶剂体积的选择范围“0.1
‑
2”例如可以是0.1mL、0.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿墨水的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将第一钙钛矿前驱体和第二钙钛矿前驱体与富氢卤键溶剂混合，原位反应生成钙钛矿墨水。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述富氢卤键溶剂为酰卤溶剂；优选地，所述酰卤溶剂包括酰氟溶剂、酰氯溶剂、酰溴溶剂或酰碘溶剂中的任意一种或至少两种的组合，优选为酰氟溶剂；优选地，所述酰氟溶剂包括苯甲酰氟溶剂、2,3,4,5
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四氟苯甲酰氟溶剂、4
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甲酰基苯甲酰氟溶剂、4
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氯苯甲酰氟溶剂、4
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溴苯甲酰氟溶剂、4
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乙酰苯甲酰氟溶剂、4苯基苯甲酰氟溶剂、4
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(2
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甲基
‑2‑
丙基)苯甲酰氟溶剂、3,5
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二氯
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2,4
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二氟苯甲酰氟溶剂、间三氟甲基苯甲酰氟溶剂、对三氟甲基苯甲酰氟溶剂、3
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氯
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(三氟甲基)苯甲酰氟溶剂、2
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(三氟甲基)苯甲酰氟溶剂、4
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(三氟甲氧基)苯甲酰氟溶剂、2
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萘酰氟溶剂、1,3
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苯二甲酰二氟溶剂、1,4
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苯二甲酰二氟溶剂或2,3,5,6
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四氟
‑4‑
三氟甲基苯甲酰氟溶剂中的任意一种或至少两种的组合。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述第一钙钛矿前驱体包括MAX、FAX'或CsX”中的任意一种或至少两种的组合，其中X、X'和X”独立地包括Cl、Br或I中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述第一钙钛矿前驱体的摩尔浓度为0.5
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2mol/L；优选地，所述第一钙钛矿前驱体和富氢卤键溶剂的质量体积比为(0.1
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1.5)g:(0.1
‑
2)mL；优选地，所述第二钙钛矿前驱体包括PbY2、SnY'4或GeY”4
中的任意一种或至少两种的组合，其中Y、Y'和Y”独立地包括Cl、Br或I中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述第一钙钛矿前驱体和第二钙钛矿前驱体的摩尔浓度比为1:(1
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊淦，祝晓钊，王徐亮，朱颖晖，周思含，
申请(专利权)人：江苏集萃有机光电技术研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：