一种具有光电导效应的有机无机杂化材料晶体及其应用制造技术

技术编号:22017767 阅读:59 留言:0更新日期:2019-09-04 00:13
本发明专利技术公开了一种具有光电导效应的有机无机杂化材料晶体及其应用。该晶体结构,的分子式为C6H14N[SbI4],其特征在于(C6H14N[SbI4]的空间群为P21/n,其晶胞参数为a=11.2855(6)Å,b=23.0415(11)Å,c=18.5034(9)Å;α=90°,β=91.1800(10)°,γ=90°。本发明专利技术进一步公开了C6H14N[SbI4]用于光电领域的用途,所述光电功能材料领域如光电探测器、太阳能电池等。

A Organic-inorganic Hybrid Material Crystal with Photoconductive Effect and Its Application

【技术实现步骤摘要】
一种具有光电导效应的有机无机杂化材料晶体及其应用
本专利技术属于光电材料领域,尤其是涉及一种具有光电导效应的无铅有机无机杂化材料C6H14N[SbI4]在光电器件方面的应用,将在太阳能电池、光电探测器器件上具有很强的应用潜力。
技术介绍
在90年代,Mitzt致力于研究层状有机无机杂化钙钛矿材料,因其具有较强的激子束缚能,主要应用于薄膜晶体管和发光二极管。之后,有机无机杂化钙钛矿材料的特殊性能一双极性载流子传输特性还未被研究者们发现,该特性的发现启发并促进了钙钛矿材料在平面异质结器件中的广泛使用,并且引发了有机无机杂化钙钛矿材料在太阳能电池方面的快速发展。在短短的六年期间,钙钛矿太阳能电池的转换效率就从3.8%提高到22.1%,其发展速度是其它材料太阳能电池所无法相比的。其优异的光电转换效率主要来源于该材料具有良好的光吸收,较高的载流子迁移率,甚低的激子束缚能,以及独特的载流子双极性特征等。除此之外,由于器件结构简单,材料成本低廉,制备工艺简便,钙钛矿太阳电池有望成为具有高效率、低成本、可柔性、全固态等优点的新一代太阳电池。因此,在2013年,有机无机杂化钙钛矿材料作为吸光层的全固态钙钛矿太阳能电池列为年度的世界十大科技进展之一,并称其为太阳能技术中的一个重要突破。由于钙钛矿材料具有较长的电荷载流子寿命和扩散长度、较低的电荷载流子复合率,使它在太阳能电池和光电探测器中有着潜在的应用。钙钛矿材料在300-800nm的光谱范围内具有较高的外量子效率,这对于光电探测器来说是十分重要的参数,为钙钛矿材料在光电探测器领域中的研宄和应用起到了推动作用。光电导效应是内光电效应的一种,是指在光照作用下材料的电阻率发生了改变,从而引起电流的变化,常被用来制作光电探测器。传统光电材料以硅等无机材料为主,制备工艺复杂,成本较贵。并且由于有机无机杂化钙钛矿MAPbX3(MA:甲胺,X:卤素)材料具有优异的特性(如:较宽的强吸收、较长的载流子寿命、较长的载流子扩散长度、高载流子迁移率和小的激子束缚能),可广泛地应用于激光、太阳能电池、光电探测器和光敏晶体管等光电器件中。但是,要实现钙钛矿太阳电池等器件的商品化、产业化应用,仍面临着许多问题,其中之一就是无毒材料的研究和开发.目前的高效钙钛矿太阳电池吸光材料中的铅为17种严重危害人类寿命与自然环境的化学物质之一。铅基钙钛矿太阳电池的热稳定性和化学稳定性差,薄膜中的铅很容易游离出来,对环境造成污染。因此探索制备工艺简单、成本低廉、环境友好型的新型光电材料将具有很高的应用意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有光电导效应的无铅有机无机杂化材料在光电领域中的应用。为此本专利技术公开了一种具光电导效应的有机无机杂化材料晶体,其特征在于分子式为C6H14N[SbI4],所含(C6H14N)部分为该晶体内有机配体,其结构如下:C6H14N[SbI4]的空间群为P21/n,其晶胞参数为a=11.2855(6)Å,b=23.0415(11)Å,c=18.5034(9)Å;α=90°,β=91.1800(10)°,γ=90°。本专利技术进一步公开了一种水热法制备C6H14N[SbI4]晶体的方法,其制备操作过程如下:(1)将0.39g的Sb2O3,10mL的氢碘酸(55%-57%),0.39mL的1-甲基哌啶依次加入反应釜内衬里,将反应釜内衬放入反应釜中密封;(2)将反应釜放入带有精密控温的电热鼓风干燥箱中,设置温度参数为用3小时从室温升温至180℃,180℃保持2小时,最后用20小时降至室温(以上温度参数仅供参考,相近参数设置均可制备该材料,同时在常温条件下经过很长时间(例如,两周)的反应也可制备该材料);(3)将实验中反应釜内的样品转移至培养皿内,用胶头滴管将剩余液体吸走,用镊子将晶体放在卫生纸上将杂质物质蘸除,将剩余物质在40℃干燥箱中干燥,然后用牙签挑拣出来尺寸大,质量好的橙色透明C6H14N[SbI4]晶体进行结构测定;本专利技术C6H14N[SbI4]晶体结构示意图和无机构架图如图2所示。本专利技术更进一步公开了具有光电导效应的有机无机杂化材料晶体C6H14N[SbI4]在光电材料领域的应用,所述光电材料领域指的是:光电探测器、太阳能电池、光控继电器、光电管。实验结果显示:本专利技术提供的应用于光电探测器的是不含有毒重金属元素的材料,相比于无光条件下,在635nm和405nm光照时电阻率会减小,而有趣的是,在445nm绿光照射下电阻率比无光时要大,这将对于新的具有特殊用途的光电探测器或者其他光电器件起到特别的用途。本专利技术所述晶体结构测定所用仪器和方法:在环境温度下,利用γ-ω扫描技术,在BrukesAPEXⅡ型CCD衍射仪上测量了C6H14N[SbI4]晶体的衍射强度。在数据收集期间没有晶体衰变的证据。采用半经验吸收修正(SADABS),程序SARE用于衍射剖面的积分。结构通过直接方法求解,并使用Selx-2014程序用全矩阵最小二乘法进行细化。各向异性热参数被分配给所有非氢原子。本专利技术中C6H14N[SbI4]的晶体数据及结构信息如表1所示;本专利技术中C6H14N[SbI4]中的原子坐标如表2所示;本专利技术中C6H14N[SbI4]的原子间键长(A)和键角(deg)如表3所示;本专利技术同时也公开了用具有光电导效应的无铅C6H14N[SbI4]材料制作光电探测器的方法,其制作过程如下:(1)选择晶体形状规整,尺寸大,缺陷少的橙色透明棒状C6H14N[SbI4]晶体放置在不导电的玻璃基板上,在晶体的两端点上两个银电极,并在万用炉上低温加热10分钟使其变干导电,形成一个简易的光电探测器,如图6所示;(2)将上述探测器置于TF2000铁电仪薄膜探针台,将探针连接到电极上,在黑暗条件下分别测试出5V,10V,15V电压下通过材料的电流曲线;(3)分别将功率均为20mw,波长为635nm,445nm,405nm的激光照射在样品表面,分别在5V,10V,15V电压下测出通过材料的电流曲线;本专利技术公开了制备具有光电导效应的无铅C6H14N[SbI4]晶体的方法,重点探究了这种材料具有的光电导效应。研究显示C6H14N[SbI4]材料具备优异的光电导性质。基于这种特性,将传统光电器件中的光电材料替换为无铅、易获得的C6H14N[SbI4]材料,将会使得光电器件(如光电管、光控继电器、光电探测器)在减少环境污染,简化工艺流程方面具有显著效果。附图说明图1为C6H14N[SbI4]有机配体的结构示意图;图2是C6H14N[SbI4]的结构示意图与无机架构图;其中左边的是C6H14N[SbI4]的结构示意图,右边的是C6H14N[SbI4]的无机架构图;图3为5V电压下C6H14N[SbI4]在黑暗条件下与635nm、445nm、405nm波长的激光照射样品表面时的电流曲线;图4为10V电压下C6H14N[SbI4]在黑暗条件下与635nm、445nm、405nm波长的激光照射样品表面时的电流曲线;图5为15V电压下C6H14N[SbI4]在黑暗条件下与635nm、445nm、405nm波长的激光照射样品表面时的电流曲线;图6为用C6H14N[SbI4]材料制作的光电探测器的示意图;图7为光控变阻器示意图;图中A为6本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种具光电导效应的有机无机杂化材料晶体,其特征在于该晶体的分子式为C6H14N[SbI4],所含(C6H14N)部分为该晶体内有机配体,其结构如下:

【技术特征摘要】
1.一种具光电导效应的有机无机杂化材料晶体,其特征在于该晶体的分子式为C6H14N[SbI4],所含(C6H14N)部分为该晶体内有机配体,其结构如下:C6H14N[SbI4]的空间群为P21/n,其晶胞参数为a=11.2855(6)Å,b=23.0415(11)Å,c=18.5034(9)Å;α=90°,β=91.1800(10)°,γ=90°。2.权利要求1所述具有光电导效应的有机无机杂化材料晶体的制备方法,其特征在于按如下的步骤进行:将0.39g的Sb2O3,10mL的氢碘酸(55%-57%),0.39mL的1-甲基哌啶依次加入反应釜内衬里,将反应釜内衬放入反应釜中密封;将反应釜放于电热鼓风干燥箱中,设置温度参数...

【专利技术属性】
技术研发人员:王守宇陈晓丽雷蕴麟刘卫芳刘慧兰
申请(专利权)人:天津师范大学
类型:发明
国别省市:天津,12

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