一种多色卤素钙钛矿荧光材料的制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种多色卤素钙钛矿荧光材料的制备方法，包括如下步骤：(1)制备ABX

【技术实现步骤摘要】
一种多色卤素钙钛矿荧光材料的制备方法和应用
本专利技术属于光电材料和器件
，特别涉及一种多色卤素钙钛矿荧光材料的制备方法和应用。
技术介绍
卤素钙钛矿荧光材料具有高的荧光量子产率，高的光吸收效率，长的载流子扩散长度，可溶液法制备，颜色可调等特点，因其成本低、效率高、禁带宽度可调，在太阳能电池、激光、光探测器、发光二极管等领域有重大的应用前景。在太阳能电池领域，有机无机杂化钙钛矿太阳能电池的最高能量转换效率已超过20％。在激光领域，有机无机杂化钙钛矿材料也是最有潜力实现有机电泵浦激光的明星材料。传统调控卤素钙钛矿荧光材料的方法主要通过调节原料母液中卤素的比例，或者溶液置换的方法来调控卤素钙钛矿的荧光颜色，原料中I的比例越高，发光波长越长；原料中Cl的含量越高，发光波长越短；当卤素为纯Br时，发绿光。然而，不同比例的卤素混合的母液合成卤素钙钛矿材料的时候，会产生分相，尤其是Br、I混合时分相最为严重。溶液置换的方法虽然能够很好的调控卤素钙钛矿的荧光颜色，但是溶液置换会破坏卤素钙钛矿的形貌，并且很难进行精细的调控。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术在于提供一种多色卤素钙钛矿荧光材料的制备方法，既能够很好的调控卤素钙钛矿的荧光颜色，又不会破坏卤素钙钛矿的形貌。本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种多色卤素钙钛矿荧光材料的制备方法，包括如下步骤：(1)制备ABX3，A为Cs或CH3NH3，B为Pb或Sn，X为Cl；(2)由ABX3在HY气体中制备ABXnY3-n,n大于或等于零且小于3，Y为Br或I；或者由ABX3依次在HY1和HY2气体中制备ABXnY1mY23-n-m,n大于或等于零且小于3，m大于或等于零且小于或等于3，(3-n-m)大于或等于零且小于或等于3，Y1为Br，Y2为I。上述多色卤素钙钛矿荧光材料的制备方法，在步骤(1)中：配制AX和BX2的DMF或DMSO混合溶液，AX和BX2在混合溶液中的浓度均为0.01-0.1mol/L，将DMF或DMSO混合溶液滴加在盖玻片上，并置于甲苯或二氯甲烷的氛围中慢慢挥发至溶剂DMF或DMSO挥发完后，得到ABX3钙钛矿微纳晶。上述多色卤素钙钛矿荧光材料的制备方法，在步骤(1)中：采用模版限域的方法制备ABX3钙钛矿微纳晶阵列。上述多色卤素钙钛矿荧光材料的制备方法，在步骤(2)中：将步骤(1)中制备的ABX3置于密闭的HY气体中，20-60℃保温，得到ABXnY3-n钙钛矿微纳晶。上述多色卤素钙钛矿荧光材料的制备方法，在步骤(2)中：将步骤(1)中制备的ABX3置于密闭的HY1气体中，20-60℃保温；然后再置于密闭的HY2气体中，20-60℃保温。上述多色卤素钙钛矿荧光材料的制备方法，在步骤(2)中：首先用透明胶带将部分ABX3钙钛矿微纳晶阵列粘贴保护或蒸镀二氧化硅保护，然后再制备ABXnY3-n，得到ABCl3-ABBr3双色阵列、ABCl3-ABI3双色阵列、ABBr3-ABI3双色阵列或ABCl3-ABBr3-ABI3三色阵列。上述多色卤素钙钛矿荧光材料的制备方法，密闭的HY气体、密闭的HY1气体或密闭的HY2气体的制备方法包括如下步骤：将质量分数为45％-48％的HY水溶液、HY1水溶液或HY2水溶液滴加在容器内，以容器的容积计算，每10cm3滴加50-200μL；然后往容器内加入无水氯化钙颗粒，无水氯化钙颗粒的加入量为每100μL的HY水溶液、HY1水溶液或HY2水溶液加入3-5克；最后将容器开口密封。多色卤素钙钛矿荧光材料的应用，用于太阳能电池、激光、光探测器、发光二极管或显示器。本专利技术的有益效果是：调控卤素钙钛矿材料的方法工艺简单，调节温和，不破坏原有卤素钙钛矿材料的形貌，可实现整个可见光范围内的蓝光-绿光-黄光-红光可调颜色发射，能够精细控制实现微型区域的双色或多色荧光，在太阳能电池、激光、光探测器、发光二极管、显示器领域重大的应用前景。本专利技术采用的气相置换的方法不破坏荧光材料的原有的形貌，可以与掩模板相结合，实现多色，异质结等微纳结构的制备；钙钛矿荧光材料由于各自的晶体习性不同，具有各自特殊的结晶形貌。本专利技术能突破晶体习性的限制，制备不同形貌的微纳结构；通过改变置换时间，可以实现荧光颜色的调控；制备工艺简单，条件温和，可工业化生产。本专利技术在室温下进行，设备简单，可规模化生产，通过控制气相卤素氢置换的时间来调控钙钛矿中的卤素的比例，从而调节发光的波段，结合模板遮盖实现微纳级区域的多色发光。本专利技术的气相置换得到新的钙钛矿荧光材料的制备方法保持其原有的形貌，在太阳能电池、激光、光探测器、发光二极管、显示器件中具有重要的应用前景。在20-60℃的条件下，将HY水溶液、HY1水溶液或HY2水溶液滴加在容器内，能够很好的调控卤素钙钛矿的荧光颜色，又能保护卤素钙钛矿的形貌。尤其是在35-45℃的条件下，通过控制HY水溶液、HY1水溶液或HY2水溶液的浓度以及滴加量，以及加入的无水氯化钙颗粒的量；这样就可以通过控制气相卤素氢置换的时间来调控钙钛矿中的卤素的比例，从而调节发光的波段，结合模板遮盖实现微纳级区域的多色发光，并且卤素钙钛矿的原有形貌不受任何影响。附图说明图1为实施例1利用气相置换制备多色卤素荧光材料的流程图。图2为实施例1中CH3NH3PbCl3气相置换前后的荧光图片(a是CH3NH3PbCl3荧光图片，b是CH3NH3PbCl3用HBr置换后的荧光图片，c是CH3NH3PbCl3先用HBr置换后再用HI置换的荧光图片)。图3为不同置换时间得到的CH3NH3PbClxBr3-x(x＝0-3)钙钛矿荧光发射光谱图。图4为制备CsPbCl3-CsPbBr3双色阵列的示意图及荧光照片。具体实施方式为清楚说明本专利技术中的方案，下面给出优选的实施例并结合附图详细说明。实施例1卤素气相置换制备不同颜色的CH3NH3PbX3(X＝Cl,Br,I)钙钛矿微纳晶(1)制备CH3NH3PbCl3钙钛矿微纳晶配置0.01mol/L的CH3NH3Cl与PbCl2的DMF或DMSO混合溶液，CH3NH3Cl与PbCl2的浓度均为0.01mol/L，取200μL该混合溶液滴加在盖玻片上，置于甲苯的氛围中缓慢挥发，待溶剂DMF或DMSO挥发完全后即得到CH3NH3PbCl3钙钛矿微纳晶。(2)将CH3NH3PbCl3钙钛矿微纳晶转换成CH3NH3PbBr3钙钛矿微纳晶将制备好的CH3NH3PbCl3钙钛矿微纳晶置于培养皿中，将HBr质量分数为45％的HBr水溶液滴加在培养皿内，以培养皿的容积计算，每10cm3滴加100μL；然后往培养皿内加入无水氯化钙颗粒，无水氯化钙颗粒的加入量为每100μL的HBr水溶液加入3克；最后用封口膜将培养皿的开口密封，这样CH3NH3PbCl3钙钛矿微纳晶就处于密闭的HBr氛围中，40摄氏度保温12h，即得到CH3NH3PbBr3钙钛矿微纳晶。(3)将CH3NH3PbBr3钙钛矿微纳晶转换成CH3NH3PbI3钙钛矿微纳晶将制备好的CH3NH3PbBr3钙钛矿微纳晶置于培养皿中，将HI质量分数为45％的HI水溶液滴加在培养皿内，以培养皿的容积计算，每10cm3滴加100μL；然后往培养皿内加入无水氯化钙颗粒，无水氯化钙颗粒的加入量为每100本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多色卤素钙钛矿荧光材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备ABX

【技术特征摘要】
1.一种多色卤素钙钛矿荧光材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备ABX3，A为Cs或CH3NH3，B为Pb或Sn，X为Cl；(2)由ABX3在HY气体中制备ABXnY3-n,n大于或等于零且小于3，Y为Br或I；或者由ABX3依次在HY1和HY2气体中制备ABXnY1mY23-n-m,n大于或等于零且小于3，m大于或等于零且小于或等于3，(3-n-m)大于或等于零且小于或等于3，Y1为Br，Y2为I。2.根据权利要求1所述的多色卤素钙钛矿荧光材料的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中：配制AX和BX2的DMF或DMSO混合溶液，AX和BX2在混合溶液中的浓度均为0.01-0.1mol/L，将DMF或DMSO混合溶液滴加在盖玻片上，并置于甲苯或二氯甲烷的氛围中慢慢挥发至溶剂DMF或DMSO挥发完后，得到ABX3钙钛矿微纳晶。3.根据权利要求1所述的多色卤素钙钛矿荧光材料的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中：采用模版限域的方法制备ABX3钙钛矿微纳晶阵列。4.根据权利要求2或3所述的多色卤素钙钛矿荧光材料的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中：将步骤(1)中制备的ABX3置于密闭的HY气体中，20-60℃保温，得到ABXnY3-n钙钛矿微纳晶。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：付红兵，何先雄，刘鹏，廖清，徐珍珍，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：发明
国别省市：北京,11