[發明專利]一種由鉛鋅礦直接制備鈣鈦礦吸光層薄膜的方法

在審

• 申請號: 202210825306.5
• 申請日: 2022-07-14
• 公開（公告）號: CN115196886A
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 李震宇;曾強;潘逸寧;李林鴻
• 申請（專利權）人: 湖南銥太科技有限公司
• 主分類號: C03C17/42
• 分類號: C03C17/42;C03C17/38;H01L51/42;C03C17/36
• 代理公司: 長沙智勤知識產權代理事務所(普通合伙) 43254
• 代理人: 曾芳琴

本發明公開了一種由鉛鋅礦直接制備鈣鈦礦吸光層薄膜的方法。鉛鋅精礦分別提取純鋅、鉛困難，再由鉛鋅金屬制備得到碘化鉛、碘化鋅的工藝復雜；而無機鈣鈦礦容忍度因子低，空氣條件下結構穩定性差，摻鋅可以提升容忍度因子，使無機鈣鈦礦薄膜的相穩定性提升；直接由鉛鋅精礦制備鈣鈦礦前驅體溶液，進而制備鉛鋅混合的無機鈣鈦礦薄膜和太陽電池，工藝簡單，簡化了傳統冶金流程、降低了鉛鋅資源利用過程中的能耗，同時提升了鈣鈦礦薄膜和太陽電池的穩定性和光電轉換效率。

技術領域

本發明涉及鈣鈦礦太陽電池領域及鉛鋅冶金領域，尤其涉及一種由鉛鋅礦直接制備鈣鈦礦吸光層薄膜的方法。

背景技術

無機鹵素鈣鈦礦太陽電池由于不含有機陽離子，在高溫下不容易分解，其結構組成為CsPbX₃，其中X為鹵素原子，具有合適的禁帶寬度和非常好的光學、電學性能，元素組成地殼含量豐富，電池制備可以溶液化加工，易于大規模化生產。但是無機鹵素鈣鈦礦由于銫的離子半徑太小，使得其容忍度因子很低，在空氣中容易發生結構相變，變成無光學活性的黃色相；且制備無機鈣鈦礦需要使用昂貴的惰性氣氛手套箱，制備條件非常苛刻，使得其應用前景非常不樂觀。此外，制備鈣鈦礦薄膜通常需碘化銫、碘化鉛、溴化鉛等昂貴的金屬鹵化物材料。其中最重要的原料為碘化鉛，需要從鉛精礦進行一系列復雜的反應后得到鉛，再經過加碘得到碘化鉛，其中需要高耗能的火法冶金等過程；碘化鉛價格昂貴，制備成本高。

鉛鋅礦，是指富含金屬元素鉛和鋅的礦產。鉛鋅用途廣泛，用電氣工業、機械工業、軍事工業、冶金工業、化學工業、輕工業和醫藥業等領域。此外，鉛金屬在核工業、石油工業等部門也有較多的用途。我國的鉛鋅礦主要集中在云南、內蒙古、甘肅、廣東、湖南和廣西。在地殼中存在大量鉛鋅礦，鉛礦和鋅礦一般處于伴生狀態，鉛鋅冶金是分離鉛和鋅的過程，耗費了大量能源，也存在一定的鉛或鋅的損失。通過初步浮選之后得到的鉛鋅精礦中還需要進行精煉，比如火法冶煉、電解精煉等過程，才能得到可以利用的純鉛、純鋅。

制備高效穩定的無機鈣鈦礦太陽電池，是實現太陽能資源高效利用的有效途徑，未來鈣鈦礦大規模生產必將使用大量鉛鋅礦資源；而更加合理的利用鉛鋅礦資源，解決冶金過程中的高耗能、高污染、原料浪費問題，將對資源利用、環境保護產生巨大效益。

發明內容

本發明的目的在于提出一種由鉛鋅礦直接制備鈣鈦礦吸光層薄膜的方法，實現資源高效利用，最大程度利用太陽能資源和鉛鋅礦資源。

為了實現上述目的，本發明提出的一種由鉛鋅礦直接制備鈣鈦礦吸光層薄膜的方法包括以下步驟：

A：取已經過初步浮選、已知鉛和鋅含量的鉛鋅精礦，加入混合酸溶液，加熱反應，得到含二氧化硅和不溶雜質的濾渣以及富含鋅鉛的濾液；

B：將所述濾液高溫蒸發結晶，得到鉛鋅混合鈣鈦礦前驅體原料，將鉛鋅混合鈣鈦礦前驅體原料溶于有機強極性溶液中，加入適量鹵化銫，配置成鈣鈦礦前驅體溶液；

C：使用所述鈣鈦礦前驅體溶液沉積成鈣鈦礦吸光層薄膜，并將所述鈣鈦礦吸光層薄膜退火。

優選地，所取鉛鋅精礦為鉛鋅混合精礦、鉛精礦、鋅精礦中的一種或多種。

優選地，按照所需鈣鈦礦吸光層薄膜成分取鉛鋅精礦后破碎混合，得到特定鉛鋅比例的碎礦，鉛鋅的摩爾比為1:0.25～1:4。

優選地，所述混合酸為醋酸和鹵素酸的混合溶液，加入量為鉛鋅總物質的量的1.1～2倍，其中，所述鹵素酸包括鹽酸、氫碘酸、氫溴酸中的一種或多種。

優選地，加熱反應溫度為80～120℃，反應時間為30～180分鐘。

優選地，所述有機強極性溶液為二甲基亞砜、N,N-二甲基亞酰胺、甲氧基乙醇中的一種或多種；鈣鈦礦前驅體溶液的濃度為0.5～2mol/L。

優選地，所述鹵化銫物質的量為鉛鋅物質的量之和的0.9～1.1倍，鹵化銫為碘化銫和溴化銫中的一種或兩種。