一种用胺类液化钙钛矿方法回收再利用钙钛矿器件中钙钛矿活性层的工艺与流程

本发明涉及钙钛矿器件制备和资源回收再利用技术领域，特别涉及一种用胺类液化钙钛矿方法回收再利用钙钛矿器件中钙钛矿活性层的工艺。

背景技术：

能源问题是人类必须面对的问题，化石能源，如石油、天然气、煤炭为不可再生能源，这些能源终究会耗尽，因此大力发展可再生能源用全面取代不可再生能源是不二选择。太阳能是一种用之不竭的可再生能源，预计从现在到2030年，光伏发电将占全球新发电容量的近三分之一。基于蒙特卡罗模型（montecarlomodel），科学家发现目前在成本上钙钛矿为基础的薄膜太阳能电池成本远远低于其他类型的太阳能电池。因此，钙钛矿取代硅来制备太阳能电池有更多可能性。

考虑到以铅为为基础的钙钛矿材料具有很好的光电特性不容易取代，但是铅的毒性和其他金属元素的稀有特性，大量制造钙钛矿太阳能电池势必会产生大量含铅废物，而这些废物直接排放到环境中会造成严重的土壤和水源污染，以及资源浪费。基于此考虑回收再利用钙钛矿材料就显得尤为重要。

针对目前有机无机杂化钙钛矿太阳能电池的回收和处理工艺中使用二甲基甲酰胺（n，n-dimethylformamide，dmf）或二甲基亚砜（dimethylsulfoxide，dmso）等强极性有机溶剂，这些溶剂沸点高，成本高，处理过程高耗能，对各功能层分离效率低。针对目前钙钛矿太阳能电池的回收再利用和处理工艺的高耗能，对各功能层分离效率低，为了避免环境污染和实现资源的循环利用，特提出了基于低温（室温）采用低沸点气体或液体胺类溶液溶解钙钛矿。回收再利用钙钛矿太阳能电池并实现基片，有机无机杂化钙钛矿，有机功能层，无机功能层以及银/金等重金属和贵金属背电极材料的重复利用工艺。

技术实现要素：

基于此，本发明提供了一种用胺类液化钙钛矿方法回收再利用钙钛矿器件中钙钛矿活性层的工艺，该工艺不仅可以重新利用透明导电玻璃（如fto，ito）或透明导电玻璃/氧化物基片，而且回收再利用了有机无机杂化钙钛矿，有机功能层，无机功能层以及银/金等重金属和贵金属背电极材料，同时实现了环保性与资源节约性的双重功效，具有潜在的经济效益，有望进一步降低钙钛矿太阳能电池的制造成本和成本回收周期，从而促进钙钛矿太阳电池成为真正的清洁能源并为人类社会的发展做出贡献。

本发明的技术方案如下：

一种用胺类液化钙钛矿方法回收再利用钙钛矿器件中钙钛矿活性层的工艺，具体步骤如下：

步骤（1），钙钛矿器件的清洗步骤：采用低沸点甲胺或乙胺等链式胺类对器件处理，可以放在甲胺气体环境中也可以浸泡在乙胺等胺类中，反复处理浸泡，溶解钙钛矿材料，而不会溶解其他功能层。

步骤（2），基片清洁：对（1）所得的基片用继续用甲胺或者乙胺等胺类反复处理，蒸发表面溶剂，回收再利用利用基片。

步骤（3），基片可以重新用于制备太阳能电池器件：采用以上处理所得基片制备新的太阳能电池器件。

步骤（4），产生的废液（各功能层组成的混合悬浮物或沉淀）以及得到背电极金属材料处理：对步骤（1）所得废液过滤后，悬浮物或沉淀从废液中分离开。

步骤（5），对回收钙钛矿废液的进一步利用：步骤（4）过滤后的废液根据所用胺类沸点选择合适加热温度加热蒸发多于胺类，此步骤得到钙钛矿，为回收再利用铅关键步骤，胺类液化钙钛矿层后分离出含钙钛矿溶液，在室温或者按照胺类沸点适度加热脱出胺后回收再利用固体钙钛矿材料，钙钛矿材料可以用来制备新一轮器件，而胺类回收后同样能重复利用。

优选地，本发明所用胺类包括甲胺、乙胺、丙胺等链式胺类。

优选地，所述钙钛矿器件主要指钙钛矿为基础的太阳能电池，其次指led和场效应晶体管等，太阳能电池和led的器件结构有ito（fto及柔性导电薄膜）玻璃/电子或空穴功能层/钙钛矿层/空穴或电子功能层/背电极或其变种，如各层间加入界面修饰等其他功能层。

优选地，所述液化是指钙钛矿遇到胺类会液化，本发明是将钙钛矿液化这一性质应用在回收再利用钙钛矿器件中。

优选地，所述胺类液化钙钛矿件是指将钙钛矿胺类环境中，钙钛矿会被胺液化。

优选地，所述胺类液化回收再利用钙钛矿器件是指将钙钛矿器件放入胺类的钙钛矿环境中，钙钛矿器件上的钙钛矿会被液化而脱离基底，脱离后废液进一步分离以达到回收再利用钙钛矿活性层的目的。

优选地，所述钙钛矿是指钙钛矿具有amx3通式，中心金属阳离子m与阴离子x形成配位八面体结构，a存在于八面体间隙，起到平衡bx3阴离子电荷的作用，m为金属ge、sn、pb、cu、mn、sb、bi中的任何一种或两种及以上，x为cl、br、i中的任何一种或两种及以上，常见的有ch3nh3pbi3、nh2ch=nh2pbi3。

优选地，步骤（5）利用所得滤液的化学反应方程式rnh3mx3·nrnh2→rnh3mx3+nrnh2↑（式子中r为有机链式基团，x为卤素，m为金属元素）来得到钙钛矿，以此来制备新一轮器件。

本发明的有益效果如下：1）本发明对有机无机杂化钙钛矿太阳电池的器件回收再利用处理与再利用工艺效果最大化，能简单实用地回收再利用包括有机功能层和无机功能层；2）本发明对回收的各功能层仍然能够重复利用；3）本发明采用低沸点甲胺或乙胺等链式胺类对器件处理，低沸点胺类能够在很低温度下挥发，因此能够循环实用，最大化的实现无害化处理废品。

附图说明

图1为钙钛矿太阳能电池器件基本结构示意图。

图2为钙钛矿太阳能电池器件的回收再利用详细步骤示意图。

图3为乙醇胺对器件的初步清洗处理前、封装器件、处理后所得到的紫外可见光吸收谱示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白理解，现在结合具体实施例以及附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1

请参见图2，本实施例使用乙醇胺处理ito/钙钛矿/pcbm/封装层。

具体地，本实施例所涉及结构是，ito导电玻璃面积大小为25mm×25mm，pcbm均匀涂布在钙钛矿表面，封装层面积15mm×15m。

请参见图3，将制备好的器件放在乙醇胺中，1s后可以发现表面的未被封装层覆盖的部分被溶解而脱离基底，揭去封装层钙钛矿迅速被溶解，初步清洗以得到透明导电玻璃ito和器件各功能层化学组分的混合溶液和悬浮物，进一步对基片的彻底清洗以制备新一轮的器件。

实施例2

请参见图2，本实施例使用甲胺回收再利用经典平面异质结结构钙钛矿太阳电池的器件。

请参见图1，本实施例所涉及的废弃平面异质结结构钙钛矿太阳电池的器件结构是ito/氧化镍/钙钛矿/pcbm/铝电极，ito导电玻璃面积大小为25mm×25mm，上面分布了六个面积为3mm×3mm的器件。

具体地，将制备好的器件放在密闭的甲胺环境中，1s后可以发现表面的钙钛矿被溶解而脱离基底，甲胺对器件初步清洗以得到透明导电玻璃/nio，和器件各功能层化学组分的混合溶液和悬浮物，进一步对基片的彻底清洗和处理以制备新一轮的器件，背电极能够通过过滤来回收再利用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护范围。