[发明专利]钙钛矿晶体的制备方法

说明书

本发明公开一种钙钛矿晶体的制备方法，其包括混合步骤、结晶步骤、稀释步骤以及再结晶步骤。混合步骤包括将达过饱和浓度的第一前驱物以及第二前驱物添加于溶剂中以形成混合物；结晶步骤包括对混合物进行搅拌，以使混合物中的第一前驱物以及第二前驱物发生反应而形成钙钛矿粉末；稀释步骤包括在搅拌下添加溶剂至钙钛矿粉末，以使钙钛矿粉末在溶剂中解离而形成澄清溶液；而再结晶步骤包括将晶种加入澄清溶液中，以在晶种上进行长晶而形成钙钛矿晶体。借此，本发明可大幅缩短制备前驱物澄清溶液的时间并提升钙钛矿晶体的晶形规则度。

技术领域

本发明涉及一种晶体的制备方法，特别是涉及一种钙钛矿晶体的制备方法。

背景技术

为了解决传统石化燃料所带来的多种污染及环境等问题，各国政府及业界均将希望投注于各项新能源的开发利用。其中，太阳能发电无疑是其中最受瞩目的项目之一。目前商用的太阳能电池多为硅基，此种类型的太阳能电池已经量产、市场接受度也高，可是其制造过程所产生的污染和能耗问题，促使业界仍持续研究并开发其他高效率、低成本的新型太阳能电池。

在众多发展中的新型太阳能电池中，具备“钙钛矿(Perovskite)晶体结构”的薄膜太阳能电池近年来脱颖而出、吸引了许多关注。“钙钛矿晶体结构”是依钛酸钙(CaTiO₃)金属化合物的晶体结构而命名的。新的研究发现，具有“钙钛矿晶体结构”的晶体具有很高的光吸收系数、很长的载流子传输距离、非常少的缺陷态密度等特质，除了适合运用在太阳能电池材料之外，甚至在激光材料、发光材料等方面，也有极大的应用价值，因此，具备“钙钛矿晶体结构”的晶体，成为国际上的研究热门材料之一。

事实上，钙钛矿太阳能电池中所使用的钙钛矿晶体并未包含钙(Ca)、钛(Ti)等元素成分，而是包含铅(Pb)、碘(I)、碳(C)、氮(N)、氢(H)等元素的具备钙钛矿晶体结构的材料，例如甲基氨基碘化铅(Methylammonium Lead Iodide，CH₃NH₃PbI₃，简称MAPbI₃)或甲基氨基溴化铅(Methylammonium Lead Bromide，CH₃NH₃PbBr₃，简称MAPbBr₃)。换句话说，钙钛矿太阳能电池多是使用以“铅基(Lead-based)”为主的钙钛矿晶体。为了方便叙述，在本文中，将具备“钙钛矿晶体结构”的晶体简称为钙钛矿晶体。

针对用于太阳能电池的钙钛矿晶体，现有技术中包括采用逆向温度结晶法(inverse temperature crystallization，ITC)来进行制备。此种制备方法是利用钙钛矿晶体的逆向温度溶解度(inverse temperature solubility)而达成，即，利用钙钛矿晶体随着温度增加而溶解度降低特性而达成。相关制备方法公开于Makhsud I.Saidaminov etal.发表于Nature communication期刊的论文，标题为“High-quality bulk hybridperovskite single crystals within minutes by inverse temperaturecrystallization”。然而，现有技术的制备方法仍然存在有亟待克服的缺点。