一种用于溶液法制备钙钛矿光电池器件的绿色混合溶剂

本发明涉及钙钛矿太阳能电池领域，具体地，涉及一种用于溶液法制备钙钛矿光电池器件的绿色混合溶剂。

背景技术：

1、基于钙钛矿材料的光电器件如钙钛矿太阳能电池和发光二极管的效率近年来快速提升。然而溶液法制备钙钛矿光电器件需要用到一些具有较高毒性的溶剂，如n，n-二甲基甲酰胺是常用的制备前驱体溶液的溶剂。n，n-二甲基甲酰胺是国家标准gb5044-85《职业性接触毒物危害程度分级》中iii级(中度危害)危害程度的化学试剂，在大规模生产过程中，溶剂会大量挥发，对操作人员及环境造成极大的影响。同时，n，n-二甲基甲酰胺溶剂沸点高，导致钙钛矿结晶速度慢。可行的方法是在溶液中引入乙醇或异丙醇这一类的低沸点溶剂，但是n，n-二甲基甲酰胺工艺容忍性差，混入低沸点溶剂会导致钙钛矿前驱体溶液稳定性变差，甚至直接导致溶质析出。因此，开发一种适用于钙钛矿材料的低毒性、高工艺容忍性溶剂是实现钙钛矿光电器件商业化的关键技术之一。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于溶液法制备钙钛矿光电器件的低毒性的混合溶剂体系。溶剂体系中的γ-戊内酯是我国gb2760-86规定为允许使用的食用香料。

2、本发明的目的是通过以下方案实现的：

3、本发明提供一种用于溶液法制备钙钛矿光电池器件的绿色混合溶剂，其特征在于，所述混合溶剂包括如下特征：

4、(1)、混合溶剂低毒性；

5、(2)、混合溶剂体系能溶解钙钛矿材料获得前驱体溶液；

6、(3)、前驱体溶液适合大规模制备钙钛矿薄膜。

7、优选的，所述混合溶剂为γ-戊内酯和乙醇或异丙醇混合所得的溶剂，γ-戊内酯和乙醇或异丙醇的体积比为1:0.01～1:10。

8、优选的，所述特征(1)中混合溶剂低毒性是因为γ-戊内酯、乙醇和异丙醇均为低毒性溶剂。

9、优选的，所述特征(2)中钙钛矿材料化学组分为abx3，其中a为ch3nh3+(ma+)、ch(nh3)2+(fa+)或两者混合；b为pb2+或sn2+；x为i-、br-、cl-或三者混合，加入macl、facl、mabr、fabr中的一种或多种混合作为添加剂，前驱体溶液中添加剂与pb的摩尔比为0-1。

10、优选的，所述特征(3)中制备钙钛矿膜步骤包括：

11、步骤一、将钙钛矿材料溶于γ-戊内酯和乙醇或异丙醇混合溶剂中，得到前驱体溶液a；

12、步骤二、通过涂布工艺将前驱体溶液a成膜，获得钙钛矿前驱体薄膜；

13、步骤三、使用反溶剂处理方法处理钙钛矿前驱体薄膜，获得准钙钛矿薄膜；

14、步骤四、将准钙钛矿薄膜通过退火，得到钙钛矿薄膜。

15、优选的，所述步骤一中所述前驱体溶液a中钙钛矿的浓度为0.01～10mol/l。

16、优选的，所述步骤二中所述涂布工艺包括旋涂法、刮刀涂布、狭缝涂布、喷雾涂布中的一种或多种。

17、优选的，所述步骤三中反溶剂包括氯苯、甲苯、乙酸乙酯、苯甲醚、石油醚、乙醚、两种或多种以上溶剂的混合溶剂。

18、优选的，所述步骤三中反溶剂处理方法包括旋涂法、刮刀涂布、狭缝涂布、喷雾涂布、反溶剂浸泡中的一种或多种。

19、优选的，所述步骤四中所述退火温度为50～200℃，所述退火时间为1～60min。退火温度和时间低于此范围，不易形成钙钛矿，超过此范围，形成的钙钛矿会发生分解。

20、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

21、1、本发明所用溶剂为低毒溶剂，在大规模生产中对操作人员及环境影响小；

22、2、本发明的混合溶剂具有高工艺容忍性，引入乙醇的混合溶剂制备的前驱体溶液依然保持着稳定的溶液状态，且乙醇可以加速混合溶剂的挥发速度，有利于调控钙钛矿的结晶过程；

23、3、本发明制备钙钛矿薄膜，平整光滑，太阳能电池具有优异性能。

技术特征：

1.一种用于溶液法制备钙钛矿光电池器件的绿色混合溶剂，其特征在于，所述混合溶剂包括如下特征：

2.根据权利要求1所述的一种用于溶液法制备钙钛矿光电池器件的绿色混合溶剂，其特征在于，所述混合溶剂为γ-戊内酯和乙醇或异丙醇混合所得的溶剂，γ-戊内酯和乙醇或异丙醇的体积比为1:0.01～1:10。

3.根据权利要求1所述的一种用于溶液法制备钙钛矿光电池器件的绿色混合溶剂，其特征在于，所述特征(1)中混合溶剂低毒性是因为γ-戊内酯、乙醇和异丙醇均为低毒性溶剂。

4.根据权利要求1所述的一种用于溶液法制备钙钛矿光电池器件的绿色混合溶剂，其特征在于，所述特征(2)中钙钛矿材料化学组分为abx3，其中a为ch3nh3+(ma+)、ch(nh3)2+(fa+)或两者混合；b为pb2+或sn2+；x为i-、br-、cl-中的一种或多种，加入macl、facl、mabr、fabr中的一种或多种混合作为添加剂，前驱体溶液中添加剂与pb的摩尔比为0-1。

5.根据权利要求1所述的一种用于溶液法制备钙钛矿光电池器件的绿色混合溶剂，其特征在于，所述特征(3)中制备钙钛矿膜步骤包括：

6.根据权利要求5所述的一种用于溶液法制备钙钛矿光电池器件的绿色混合溶剂，其特征在于，所述步骤一中所述前驱体溶液a中钙钛矿的浓度为0.01～10mol/l。

7.根据权利要求5所述的一种用于溶液法制备钙钛矿光电池器件的绿色混合溶剂，其特征在于，所述步骤二中所述涂布工艺包括旋涂法、刮刀涂布、狭缝涂布、喷雾涂布中的一种或多种。

8.根据权利要求5所述的一种用于溶液法制备钙钛矿光电池器件的绿色混合溶剂，其特征在于，所述步骤三中反溶剂包括氯苯、甲苯、乙酸乙酯、苯甲醚、石油醚、乙醚中的两种或多种以上溶剂的混合溶剂。

9.根据权利要求5所述的一种用于溶液法制备钙钛矿光电池器件的绿色混合溶剂，其特征在于，所述步骤三中反溶剂处理方法包括旋涂法、刮刀涂布、狭缝涂布、喷雾涂布、反溶剂浸泡中的一种或多种。

10.根据权利要求5所述的一种用于溶液法制备钙钛矿光电池器件的绿色混合溶剂，其特征在于，所述步骤四中所述退火温度为50～200℃，所述退火时间为1～60min。

技术总结
本发明提供了一种用于溶液法制备钙钛矿光电池器件的绿色混合溶剂，所述混合溶剂包括如下特征：混合溶剂低毒性；混合溶剂能溶解钙钛矿材料获得前驱体溶液；前驱体溶液适合大规模制备钙钛矿薄膜。本发明通过该溶剂可以制备出高质量的钙钛矿薄膜及光电器件，且溶剂体系毒性低，对环境影响小，适于工业化大规模化生产。

技术研发人员：赵一新,王天富,缪炎峰,任孟
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14