[发明专利]一种由铅锌矿直接制备钙钛矿吸光层薄膜的方法

说明书

本发明公开了一种由铅锌矿直接制备钙钛矿吸光层薄膜的方法。铅锌精矿分别提取纯锌、铅困难，再由铅锌金属制备得到碘化铅、碘化锌的工艺复杂；而无机钙钛矿容忍度因子低，空气条件下结构稳定性差，掺锌可以提升容忍度因子，使无机钙钛矿薄膜的相稳定性提升；直接由铅锌精矿制备钙钛矿前驱体溶液，进而制备铅锌混合的无机钙钛矿薄膜和太阳电池，工艺简单，简化了传统冶金流程、降低了铅锌资源利用过程中的能耗，同时提升了钙钛矿薄膜和太阳电池的稳定性和光电转换效率。

技术领域

本发明涉及钙钛矿太阳电池领域及铅锌冶金领域，尤其涉及一种由铅锌矿直接制备钙钛矿吸光层薄膜的方法。

背景技术

无机卤素钙钛矿太阳电池由于不含有机阳离子，在高温下不容易分解，其结构组成为CsPbX₃，其中X为卤素原子，具有合适的禁带宽度和非常好的光学、电学性能，元素组成地壳含量丰富，电池制备可以溶液化加工，易于大规模化生产。但是无机卤素钙钛矿由于铯的离子半径太小，使得其容忍度因子很低，在空气中容易发生结构相变，变成无光学活性的黄色相；且制备无机钙钛矿需要使用昂贵的惰性气氛手套箱，制备条件非常苛刻，使得其应用前景非常不乐观。此外，制备钙钛矿薄膜通常需碘化铯、碘化铅、溴化铅等昂贵的金属卤化物材料。其中最重要的原料为碘化铅，需要从铅精矿进行一系列复杂的反应后得到铅，再经过加碘得到碘化铅，其中需要高耗能的火法冶金等过程；碘化铅价格昂贵，制备成本高。

铅锌矿，是指富含金属元素铅和锌的矿产。铅锌用途广泛，用电气工业、机械工业、军事工业、冶金工业、化学工业、轻工业和医药业等领域。此外，铅金属在核工业、石油工业等部门也有较多的用途。我国的铅锌矿主要集中在云南、内蒙古、甘肃、广东、湖南和广西。在地壳中存在大量铅锌矿，铅矿和锌矿一般处于伴生状态，铅锌冶金是分离铅和锌的过程，耗费了大量能源，也存在一定的铅或锌的损失。通过初步浮选之后得到的铅锌精矿中还需要进行精炼，比如火法冶炼、电解精炼等过程，才能得到可以利用的纯铅、纯锌。

制备高效稳定的无机钙钛矿太阳电池，是实现太阳能资源高效利用的有效途径，未来钙钛矿大规模生产必将使用大量铅锌矿资源；而更加合理的利用铅锌矿资源，解决冶金过程中的高耗能、高污染、原料浪费问题，将对资源利用、环境保护产生巨大效益。

发明内容

本发明的目的在于提出一种由铅锌矿直接制备钙钛矿吸光层薄膜的方法，实现资源高效利用，最大程度利用太阳能资源和铅锌矿资源。

为了实现上述目的，本发明提出的一种由铅锌矿直接制备钙钛矿吸光层薄膜的方法包括以下步骤：

A：取已经过初步浮选、已知铅和锌含量的铅锌精矿，加入混合酸溶液，加热反应，得到含二氧化硅和不溶杂质的滤渣以及富含锌铅的滤液；

B：将所述滤液高温蒸发结晶，得到铅锌混合钙钛矿前驱体原料，将铅锌混合钙钛矿前驱体原料溶于有机强极性溶液中，加入适量卤化铯，配置成钙钛矿前驱体溶液；

C：使用所述钙钛矿前驱体溶液沉积成钙钛矿吸光层薄膜，并将所述钙钛矿吸光层薄膜退火。

优选地，所取铅锌精矿为铅锌混合精矿、铅精矿、锌精矿中的一种或多种。

优选地，按照所需钙钛矿吸光层薄膜成分取铅锌精矿后破碎混合，得到特定铅锌比例的碎矿，铅锌的摩尔比为1:0.25～1:4。

优选地，所述混合酸为醋酸和卤素酸的混合溶液，加入量为铅锌总物质的量的1.1～2倍，其中，所述卤素酸包括盐酸、氢碘酸、氢溴酸中的一种或多种。

优选地，加热反应温度为80～120℃，反应时间为30～180分钟。

优选地，所述有机强极性溶液为二甲基亚砜、N,N-二甲基亚酰胺、甲氧基乙醇中的一种或多种；钙钛矿前驱体溶液的浓度为0.5～2mol/L。

优选地，所述卤化铯物质的量为铅锌物质的量之和的0.9～1.1倍，卤化铯为碘化铯和溴化铯中的一种或两种。