本發(fā)明涉及光伏技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種鈣鈦礦晶體及其制備方法。
背景技術(shù)：
鈣鈦礦太陽(yáng)能電池以其優(yōu)異的光電性能，成為研究的熱點(diǎn)。而鈣鈦礦薄膜研究是鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究中的核心。直接利用鈣鈦礦晶體作為原料所形成的鈣鈦礦薄膜，其厚度高，均一性?xún)?yōu)異，消除了孔洞和針眼現(xiàn)象，從而大大提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
目前，鈣鈦礦晶體的制備方法一般采用溶液揮發(fā)法。即在溶劑中發(fā)生反應(yīng)，然后通過(guò)溶劑揮發(fā)去除，得到鈣鈦礦晶體。
但是，上述方法，制備操作復(fù)雜、且溶劑揮發(fā)易造成環(huán)境污染。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
基于此，有必要針對(duì)現(xiàn)有的鈣鈦礦晶體的溶液揮發(fā)法的缺點(diǎn)，提供一種代替溶液揮發(fā)法的鈣鈦礦晶體的制備方法。
一種鈣鈦礦晶體的制備方法，包括如下步驟：
將第一反應(yīng)物顆粒與第二反應(yīng)物顆粒在固體反應(yīng)流體媒介中混合并反應(yīng)，然后固液分離，得到鈣鈦礦晶體粉末；
所述第一反應(yīng)物顆粒的化學(xué)通式為bx2；所述第二反應(yīng)物顆粒的化學(xué)通式為ay；其中，b選自pb或sn中的一種或幾種；a選自ch3nh3+、nh2ch＝nh2+、cs、或rb中的一種或幾種；x、y各自獨(dú)立選自cl、br、i、cn、scn、ocn、或secn中的一種或幾種。
上述鈣鈦礦晶體的制備方法，采用在固體反應(yīng)流體媒介中反應(yīng)，然后固液分離，得到鈣鈦礦晶體粉末；其操作簡(jiǎn)單、不采用溶劑，不會(huì)因溶劑對(duì)環(huán)境造成污染。
在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述固體反應(yīng)流體媒介選自甲苯、乙酸乙酯、乙醚、正己烷、正丁醇、或正戊醇中的一種或幾種。
在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第一反應(yīng)物顆粒的平均粒徑為0.05mm～0.5mm；所述第二反應(yīng)物顆粒的平均粒徑為0.5mm～1.5mm。
在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述固體反應(yīng)流體媒介的體積為所述第一反應(yīng)物顆粒和所述第二反應(yīng)物顆粒的總體積的2-4倍。
在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述反應(yīng)的溫度低于100℃。
在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述反應(yīng)的時(shí)間為3h～5h。
在其中一個(gè)實(shí)施例中，在所述反應(yīng)時(shí)，對(duì)所述固體反應(yīng)流體媒介進(jìn)行超聲。
在其中一個(gè)實(shí)施例中，在所述反應(yīng)時(shí)，進(jìn)行除濕操作。
在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述固液分離為減壓抽濾。
在其中一個(gè)實(shí)施例中，還包括在固液分離之后，進(jìn)行真空干燥。
本發(fā)明還提供了一種鈣鈦礦晶體。
一種鈣鈦礦晶體，所述鈣鈦礦晶體通過(guò)本發(fā)明所提供的制備方法獲得。
上述鈣鈦礦晶體，其操作簡(jiǎn)單、不采用溶劑，不會(huì)因溶劑對(duì)環(huán)境造成污染。
在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述鈣鈦礦晶體粉末的平均粒徑為0.1mm～2mm。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施方式僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)中所使用的術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體的實(shí)施方式的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“及/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。
一種鈣鈦礦晶體的制備方法，包括如下步驟：
s1、將第一反應(yīng)物顆粒與第二反應(yīng)物顆粒在固體反應(yīng)流體媒介中混合并反應(yīng)。
其中，第一反應(yīng)物顆粒的化學(xué)通式為bx2；第二反應(yīng)物顆粒的化學(xué)通式為ay；其中，b選自pb或sn中的一種或幾種；a選自ch3nh3+(ma)、nh2ch＝nh2+(fa)、cs、或rb中的一種或幾種；x、y各自獨(dú)立選自cl、br、i、cn、硫氰根(scn)、氧氰根(ocn)、或硒氰根(secn)中的一種或幾種。
優(yōu)選地，第一反應(yīng)物顆粒為鹵化鉛(具體為pbi2、pbbr2、pbcl2)。第二反應(yīng)物顆粒為鹵化甲胺(具體為mai、mabr、macl)或鹵化甲脒(具體為fai、fabr、facl)中的一種或幾種。
其中，固體反應(yīng)流體媒介的主要作用是，為第一反應(yīng)物顆粒與第二反應(yīng)物顆粒的固體反應(yīng)提供反應(yīng)場(chǎng)所。也就是說(shuō)，固體反應(yīng)流體媒介不與反應(yīng)前后的物質(zhì)反應(yīng)，即固體反應(yīng)流體媒介不與第一反應(yīng)物顆粒、第二反應(yīng)物顆粒、以及反應(yīng)生產(chǎn)的鈣鈦礦晶體反應(yīng)。同時(shí)，固體反應(yīng)流體媒介不溶解反應(yīng)前后的物質(zhì)，即固體反應(yīng)流體媒介不溶解第一反應(yīng)物顆粒、第二反應(yīng)物顆粒、以及反應(yīng)生產(chǎn)的鈣鈦礦晶體。
優(yōu)選地，固體反應(yīng)流體媒介選自甲苯、乙酸乙酯、乙醚、正己烷、正丁醇、或正戊醇中的一種或幾種。這樣可使第一反應(yīng)物顆粒、第二反應(yīng)物顆粒充分接觸并反應(yīng)。
優(yōu)選地，固體反應(yīng)流體媒介的體積用量為固體混合物的2-4倍。也就是說(shuō)，固體反應(yīng)流體媒介的體積為第一反應(yīng)物顆粒和第二反應(yīng)物顆粒的總體積的2-4倍。
在本實(shí)施例中，在反應(yīng)時(shí)，對(duì)固體反應(yīng)流體媒介進(jìn)行加熱、超聲并攪拌。
其中，加熱的主要作用是，活化第一反應(yīng)物顆粒與第二反應(yīng)物顆粒，使反應(yīng)更加容易進(jìn)行，加快反應(yīng)進(jìn)度。更優(yōu)選地，加熱為電熱板加熱方式或水浴加熱方式。這樣溫度更加容易控制，且簡(jiǎn)單易行。當(dāng)然，可以理解的是，本發(fā)明的加熱并不局限于上述兩種方式，還可以是其它本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)為合適的加熱方式。優(yōu)選地，反應(yīng)的溫度為小于100℃，更優(yōu)選為50～100℃。
其中，攪拌可以使第一反應(yīng)物顆粒與第二反應(yīng)物顆粒接觸頻率增大，提高反應(yīng)速率，節(jié)省時(shí)間。更優(yōu)選地，攪拌為機(jī)械攪拌或磁力攪拌。當(dāng)然，可以理解的是，本發(fā)明的攪拌也并不局限于上述兩種方式，還可以是其它本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)為合適的攪拌方式。優(yōu)選地，攪拌速率為200～400r/min。
其中，超聲的作用是增加第一反應(yīng)物顆粒與第二反應(yīng)物顆粒碰撞頻率。更優(yōu)選地，超聲的頻率為20khz～50khz。
當(dāng)然，可以理解的是，本發(fā)明中在反應(yīng)時(shí)，加熱、攪拌、超聲并不局限同時(shí)進(jìn)行，可以反應(yīng)全程自由選擇其中的一項(xiàng)或多項(xiàng)組合，或者分階段進(jìn)行其中的一項(xiàng)或多項(xiàng)組合。
優(yōu)選地，反應(yīng)的時(shí)間為3h～5h。這樣反應(yīng)更加徹底，且可以節(jié)省時(shí)間。
優(yōu)選地，在反應(yīng)時(shí)，進(jìn)行除濕操作。這樣可以防止反應(yīng)物(第一反應(yīng)物顆粒和/或第二反應(yīng)物顆粒)、亦或固體反應(yīng)流體媒介，在反應(yīng)過(guò)程中吸潮而對(duì)反應(yīng)造成不良影響。更優(yōu)選地，在反應(yīng)容器外接除濕裝置，進(jìn)行干燥除水，確保反應(yīng)在低濕度下進(jìn)行。
在反應(yīng)結(jié)束后，第一反應(yīng)物顆粒與第二反應(yīng)物顆粒生成鈣鈦礦晶體。
s2、在反應(yīng)完畢之后，進(jìn)行固液分離，得到鈣鈦礦晶體。
通過(guò)固液分離，將固體反應(yīng)流體媒介與反應(yīng)生成的鈣鈦礦晶體分離開(kāi)來(lái)。
優(yōu)選地，固液分離采用減壓抽濾的方式進(jìn)行?？煽焖佟⒊浞殖M固體反應(yīng)流體媒介，同時(shí)可回收固體反應(yīng)流體媒介，降低成本的同時(shí)還可減少環(huán)境污染。當(dāng)然，可以理解的是，本發(fā)明的固液分離并不局限于減壓抽濾，還可以是常壓過(guò)濾、離心分離等其它固液分離方式。
優(yōu)選地，在固液分離之后，還進(jìn)行干燥。這樣可以進(jìn)一步除去鈣鈦礦晶體上殘留的固體反應(yīng)流體媒介。
更優(yōu)選地，干燥為真空干燥。這樣可以使固體反應(yīng)流體媒介去除更加快速、徹底。
上述鈣鈦礦晶體的制備方法，采用在固體反應(yīng)流體媒介中反應(yīng)，然后固液分離，得到鈣鈦礦晶體粉末；其操作簡(jiǎn)單、不采用溶劑，不會(huì)因溶劑對(duì)環(huán)境造成污染。另外，上述制備方法，其時(shí)間較短，可以提高生產(chǎn)效率；可以增大晶體供應(yīng)量，進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)。同時(shí)降低鈣鈦礦晶體的成本和能耗，提高鈣鈦礦晶體的收益率。該方法特別適用于混合組分的鈣鈦礦晶體制備。
本發(fā)明還提供了一種鈣鈦礦晶體。
一種鈣鈦礦晶體，所述鈣鈦礦晶體通過(guò)本發(fā)明所提供的制備方法獲得。
優(yōu)選地，鈣鈦礦晶體的平均粒徑為0.1mm～2mm。
上述鈣鈦礦晶體，其操作簡(jiǎn)單、不采用溶劑，不會(huì)因溶劑對(duì)環(huán)境造成污染。
以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例1
將46g第一反應(yīng)物粉末顆粒pbi2(平均粒徑0.1mm)與16g第二反應(yīng)物顆粒mai(平均粒徑1mm)加入到100ml固體反應(yīng)流體媒介(甲苯)中，反應(yīng)裝置外接干燥除水裝置。水浴加熱使溫度維持在75±1℃，同時(shí)進(jìn)行攪拌和超聲，攪拌速率為300r/min，超聲的頻率為40khz。
反應(yīng)4h后，反應(yīng)混合物減壓抽濾；將抽濾后剩余固體粉末80℃下真空(真空度為0.05pa)干燥12h。得到鈣鈦礦晶體。
以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡(jiǎn)潔，未對(duì)上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說(shuō)明書(shū)記載的范圍。
以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)發(fā)明專(zhuān)利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專(zhuān)利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。