一种钙钛矿单晶的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钙钛矿单晶的制备方法，包括取第一卤化物和第二卤化物混合，并用极性溶剂搅拌溶解，制得钙钛矿溶液，第一卤化物、第二卤化物和极性溶剂的质量比要求使钙钛矿溶液过饱和；将钙钛矿溶液进行过滤处理；将所述进行过滤处理的钙钛矿溶液置于疏水容器中，加热析出钙钛矿单晶。本发明专利技术中选择疏水材料作为钙钛矿单晶的生长容器，由于疏水容器壁的疏水性，疏水容器壁上生成的晶核数急剧减少，长出的单晶数量相对减少，单位时间内长出的晶体更大，碎晶的数量减少，溶液利用率得到提升，晶体质量显著提高。

Method for preparing perovskite single crystal

The invention discloses a method for preparing perovskite single crystal, including the first second mixed halides and halide, and with a polar solvent, stirring to dissolve, prepare a perovskite halide, second solution, quality first halides and polar solvent than required to fill and the solution of perovskite; perovskite filtering the solution; the perovskite filtering solution in hydrophobic container, heating the precipitated perovskite single crystal. The invention selects hydrophobic materials as perovskite single crystal growth container, due to the hydrophobic hydrophobic vessel wall, the wall of the container to form hydrophobic nuclei sharply reduce the number, number of single crystal grown relative reduction in unit time grows larger number of broken crystal crystal, reduces the utilization rate of solution increased, the crystal improve the quality.

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿单晶的制备方法
本专利技术属于光电材料及单晶制备领域，更具体地，涉及一种钙钛矿单晶的制备方法。
技术介绍
在最近的几年里，新型钙钛矿材料，在光伏、发光、激光、光电探测等领域展现出极大的应用价值，成为国际上材料研究的热点之一。当晶体内部的微粒在三维空间呈有规律、周期性地排列，或者说晶体的整体在三维方向上由同一空间格子构成，整个晶体中质点在空间的排列为长程有序时，即可称此晶体为单晶。相较于钙钛矿的多晶薄膜，钙钛矿单晶展示了更佳的热稳定性、更宽的光吸收范围、更低的空穴浓度以及更高的载流子迁移率。可以预期采用单晶钙钛矿太阳能电池可以获得更好的光电转换效率；同时由于晶体的完整性和较少的缺陷，单晶器件也具有更佳的稳定性。目前，钙钛矿单晶的制备方法主要包括反溶剂法、降温析晶法、升温析晶法、顶部籽晶溶液生长法、缓慢蒸发溶剂法、布里奇曼法等，其中升温析晶法以设备简单、生长速度快、操作简易等特点获得广泛使用。2015年，由中科院大连化物所刘生忠研究员带领的团队与陕西师大合作，利用升温析晶法，首次制备出超大尺寸单晶钙钛矿CH3NH3PBI3，但其单晶需大量溶液反复生长，生长大单晶时间较长，质量会略有下降。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种钙钛矿单晶的制备方法，旨在解决现有的钙钛矿单晶制备方法中晶核数量较多导致制备钙钛矿单晶耗时长、质量低以及溶液利用率低的技术问题。本专利技术所提供的一种钙钛矿单晶的制备方法，钙钛矿的分子式为ABX3，包括如下步骤：(1)取第一卤化物和第二卤化物混合，并用极性溶剂搅拌溶解，制得钙钛矿溶液，第一卤化物、第二卤化物和极性溶剂的质量比要求使钙钛矿溶液浓度接近饱和；(2)将钙钛矿溶液进行过滤处理；(3)将所述进行过滤处理的钙钛矿溶液置于疏水容器中，加热析出钙钛矿单晶，疏水容器壁上晶核数量降低，使得钙钛矿单晶的单位生长率提高；所述第一卤化物的分子式为AX，所述第二卤化物分子式为BX2；A为甲基胺(CH3NH3)、铯(Cs)、甲脒(NH2CH＝NH2)中一种或任意两种的混合物或三种的混合物；B为铅(Pb)、锡(Sn)；X可为碘(I)、溴(Br)、氯(Cl)中一种或任意两种的混合物或三种的混合物，第一混合物的摩尔数与X的摩尔数之比为1:1，第二混合物的摩尔数与X的摩尔数之比为1:2，第一混合物是指由甲基胺、铯、甲脒任意两种或三种的构成的混合物，第二混合物是指由碘、溴、氯任意两种或三种的构成的混合物。当溶液达到过饱和，晶核主要依托于钙钛矿溶液中的杂质、气泡和容器壁生成，当采用疏水容器，由于疏水容器壁的疏水性，疏水容器壁上生成的晶核数急剧减少，长出的单晶数量相对减少，单位时间内长出的晶体更大，碎晶数量减少，溶液利用率得到提升，晶体质量显著提高。进一步地，步骤(3)前还包括清洗疏水容器，去除疏水容器中的杂质，能够减少晶核生成数量。进一步地，步骤(3)用去离子水、丙酮、异丙醇和去离子水依次清洗疏水容器，再用氮气枪吹干。进一步地，步骤(2)中采用高速离心对钙钛矿溶液过滤，大大减少实验时间，达到减少溶液中细小晶核，提升钙钛矿溶液的利用率。进一步地，步骤(3)中加热温度为60℃～110℃。进一步地，疏水容器所处环境相对湿度小于50％。进一步地，疏水容器为聚四氟乙烯(PTFE)，具有稳定性好、成本低、可重复利用。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：1、本专利技术中提出用疏水容器取代常规的玻璃容器作为钙钛矿单晶生长容器，使得钙钛矿单晶在生长过程中晶核减少，单位时间内生长出单晶的体积更大，质量更高，钙钛矿的溶液利用率提升。2、采用高速离心对制备的钙钛矿溶液过滤以及在向疏水容器加入钙钛矿溶液前对疏水容器清洗，能够将钙钛矿溶液中杂质去除，且能够减少溶液中细小晶核，使得溶液能够吸出更多体积大的钙钛矿单晶，提高钙钛矿溶液的利用率。附图说明图1是本专利技术提供的钙钛矿单晶的制备方法的流程图；图2是采用PTFE容器制备的钙钛矿单晶和采用玻璃容器制备的钙钛矿单晶的对比图；图3为采用PTFE容器制备的MAPbI3单晶核采用玻璃容器制备的MAPbI3单晶的荧光分析结果；图4为采用PTFE容器制备的MAPbBr3单晶核采用玻璃容器制备的MAPbBr3单晶的荧光分析结果。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供的钙钛矿单晶的制备方法的第一实施例，其具体制备步骤如下：(1)称取1.59g已合成好的碘化甲基胺(CH3NH3I，MAI)与3.688g碘化铅(PbI2)，溶于10mL的γ-丁内酯(GBL)，在60℃进行搅拌溶解12-24h，得到钙钛矿溶液；(2)用0.45μm滤头过滤钙钛矿溶液；(3)用去离子水清洗PTFE容器10min，用丙酮清洗PTFE容器10min，用异丙醇清洗PTFE容器10min，用去离子水清洗PTFE容器10min，再用氮气枪吹干；(4)取10mL过滤后的钙钛矿溶液小心地置于PTFE容器中，置于100℃加热台上加热，使溶剂缓慢蒸发，钙钛矿溶液达到过饱和，晶体析出长大，3-5h后即可得到1cm左右大小的MAPbI3单晶。当溶液达到过饱和，晶核主要依托于钙钛矿溶液中的杂质、气泡和容器壁上生成，当采用疏水容器，由于疏水容器壁的疏水性，疏水容器壁上生成的晶核数急剧减少，同时对钙钛矿溶液进行过滤以及在向PTFE容器加入钙钛矿溶液前对PTFE容器进行清洗，能够降低钙钛矿溶液的杂质，降低晶核生成数量，使得长出的单晶数量相对减少，单位时间内长出的晶体更大，碎晶数量减少，溶液利用率得到提升，晶体质量显著提高。本专利技术提供的钙钛矿单晶的制备方法的第二实施例，其具体制备步骤如下：(1)称取1.12g已合成好的溴化甲基胺(CH3NH3Br，MABr)与2.936g溴化铅(PbBr2)，溶于10mL的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，在60℃进行搅拌溶解12-24h，得到钙钛矿溶液；(2)用0.45μm滤头过滤钙钛矿溶液；(3)用去离子水清洗PTFE容器10min，用丙酮清洗PTFE容器10min，用异丙醇清洗PTFE容器10min，用去离子水清洗PTFE容器10min，再用氮气枪吹干；(4)取10mL过滤后的钙钛矿溶液置于PTFE容器中，置于60℃加热台上加热，使溶剂缓慢蒸发，钙钛矿溶液达到过饱和，晶体析出长大，3-5h后即可得到1cm左右大小的MAPbBr3单晶。本专利技术提供的钙钛矿单晶的制备方法的第三实施例，其具体制备步骤如下：(1)称取1.59g已合成好的溴化甲基胺(CH3NH3I)与2.936g溴化铅(PbBr2)，溶于10mL的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，在60℃进行搅拌溶解12-24h，得到钙钛矿溶液；(2)用0.45μm滤头过滤钙钛矿溶液；(3)用去离子水清洗PTFE容器10min，用丙酮清洗PTFE容器10min，用异丙醇清洗PTFE容器10min，用去离子水清洗PTFE容器10min，再用氮气枪吹干；(4)取10mL过滤后的钙钛矿溶液置于PTFE容器中，置于60℃加热台上加热，使溶剂缓慢蒸发，钙钛矿溶液达到过饱和，晶体析出长本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钙钛矿单晶的制备方法，钙钛矿的分子式为ABX

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿单晶的制备方法，钙钛矿的分子式为ABX3，其特征在于，包括如下步骤：(1)将第一卤化物和第二卤化物混合，并用极性溶剂搅拌溶解，制得钙钛矿溶液，所述第一卤化物、所述第二卤化物和所述极性溶剂的质量比要求使钙钛矿溶液浓度接近饱和；(2)将所述钙钛矿溶液进行过滤处理；(3)将所述进行过滤处理的钙钛矿溶液置于疏水容器中，加热析出钙钛矿单晶，疏水容器的疏水性使疏水容器壁上晶核数量降低，实现钙钛矿单晶的单位生长率提高；所述第一卤化物的分子式为AX，所述第二卤化物分子式为BX2；A为甲基胺、铯、甲脒中一种或任意两种的混合物或三种的混合物；B为铅、锡；X可为碘、溴、氯中一种或任意两种的混合物或三种的混合物，第一混合物的摩尔数与X的摩尔数之比为1:1，第二混合物的摩尔数与X的摩尔数之比为1:2，...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐江，罗家俊，潘伟程，巫皓迪，蔡粉莎，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42