一种无铅卤化物钙钛矿纳米晶及其液相合成方法、在光电探测器中的应用技术

本发明专利技术提供了一种无铅卤化物钙钛矿材料，所述无铅卤化物钙钛矿材料为Cs3Bi2I9纳米片；所述Cs3Bi2I9纳米片为六方相纳米片；所述Cs3Bi2I9纳米片的片径为14～42nm。本发明专利技术提供的Cs3Bi2I9纳米晶具有均匀的六方片形貌，单分散性好且空气中稳定性好等优点。而且本发明专利技术还提供了一种工艺简单，条件温和，可重复性好的油相回流法来制备无铅卤化物钙钛矿Cs3Bi2I9纳米晶，并将所制备的Cs3Bi2I9纳米材料构造成垂直结构的光电探测器，表现出优越的探测性能。本发明专利技术通过简易的液相回流法，实验条件温和、改善了制备工艺、大幅度缩短了制备时间，且可以获得形貌均一、光电性能良好的Cs3Bi2I9纳米材料。材料。

【技术实现步骤摘要】
一种无铅卤化物钙钛矿纳米晶及其液相合成方法、在光电探测器中的应用


[0001]本专利技术属于无铅卤化物钙钛矿材料
，涉及一种无铅卤化物钙钛矿材料的制备方法及其在光电探测器中的应用，尤其涉及一种无铅卤化物钙钛矿纳米晶及其液相合成方法、在光电探测器中的应用、垂直结构光电探测器。

技术介绍

[0002]金属卤化物钙钛矿纳米晶具有高吸收系数、准量子阱结构、高光学增益等优点，近年来将其应用在光电探测中备受关注。但以往的研究中，大多数研究者致力于合成铅卤化物钙钛矿，然而这类化合物具有稳定性差并且铅元素对环境的污染等不利因素。
[0003]因此，采用工艺简单，条件温和的制备方法来设计一种环境稳定的无铅铋基卤化物钙钛矿，已成为本领域诸多具有前瞻性的研究人员广为关注的焦点之一。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种无铅卤化物钙钛矿材料及其制备方法、应用、垂直结构光电探测器，特别是Cs3Bi2I9纳米晶及其液相合成方法，本专利技术提供的Cs3Bi2I9纳米晶形貌均一，而且合成工艺简单、具有很好的稳定性和单分散性，并且这种纳米材料在光电探测领域具有良好的前景。
[0005]本专利技术提供了一种无铅卤化物钙钛矿材料，所述无铅卤化物钙钛矿材料为Cs3Bi2I9纳米片；
[0006]所述Cs3Bi2I9纳米片为六方相纳米片；
[0007]所述Cs3Bi2I9纳米片的片径为14～42nm。
[0008]优选的，所述Cs3Bi2I9纳米片具有均匀的片径分布；
[0009]所述Cs3Bi2I9纳米片在片径区间范围内的相对频率为0.018～0.159；
[0010]所述Cs3Bi2I9纳米片中，Cs、Bi和I元素，均匀分布在整个六边形Cs3Bi2I9纳米晶片中。
[0011]优选的，所述Cs3Bi2I9纳米片为油相回流法制备的Cs3Bi2I9纳米片；
[0012]所述Cs3Bi2I9纳米片为用于制备光电探测器的光敏材料；
[0013]所述光电探测器包括垂直结构的光电探测器。
[0014]本专利技术提供了一种无铅卤化物钙钛矿材料的制备方法，包括以下步骤：
[0015]1)将铯源、铋源和表面活性剂进行混合后，得到混合物；
[0016]2)在保护性气氛和加热回流的条件下，将上述步骤得到的混合物加热后，然后注入碘源进行反应后，得到铅卤化物钙钛矿材料Cs3Bi2I9纳米片。
[0017]优选的，所述铯源包括醋酸铯；
[0018]所述铋源包括醋酸铋；
[0019]所述表面活性剂包括十八烯、油胺和油酸；
[0020]所述铯源与铋源的摩尔比为(1～3)：(1～2)。
[0021]优选的，所述铯源与表面活性剂的比为1mg：(0.1～2)mL；
[0022]所述混合的时间为10～20min；
[0023]所述加热的温度为100～150℃；
[0024]所述加热的时间为20～60min。
[0025]优选的，所述碘源包括三甲基碘硅烷；
[0026]所述铯源与碘源的摩尔比为1：(3～5)；
[0027]所述注入碘源进行反应的温度为100～180℃；
[0028]所述反应的时间为5s～5min；
[0029]所述反应后还包括冷水浴冷却的步骤。
[0030]本专利技术提供了上述技术方案任意一项所述的无铅卤化物钙钛矿材料或上述技术方案任意一项所述的制备方法所制备的无铅卤化物钙钛矿材料在光电探测器方面的应用。
[0031]本专利技术还提供了一种垂直结构光电探测器，包括：
[0032]P型硅片层；
[0033]复合在所述P型硅片层上的光敏材料层；
[0034]复合在所述光敏材料层上的石墨烯层；
[0035]所述光敏材料包括上述技术方案任意一项所述的无铅卤化物钙钛矿材料或上述技术方案任意一项所述的制备方法所制备的无铅卤化物钙钛矿材料。
[0036]优选的，所述P型硅片层的厚度为510～540μm；
[0037]所述光敏材料层的厚度为1～3μm；
[0038]所述石墨烯层的厚度为0.345nm；
[0039]所述石墨烯层为单层石墨烯层。
[0040]本专利技术提供了一种无铅卤化物钙钛矿材料，所述无铅卤化物钙钛矿材料为Cs3Bi2I9纳米片；所述Cs3Bi2I9纳米片为六方相纳米片；所述Cs3Bi2I9纳米片的片径为14～42nm。与现有技术相比，本专利技术提供的Cs3Bi2I9纳米晶具有均匀的六方片形貌，单分散性好且空气中稳定性好等优点。而且本专利技术还提供了一种工艺简单，条件温和，可重复性好的油相回流法来制备无铅卤化物钙钛矿Cs3Bi2I9纳米晶。本专利技术以有机的铯源和铋源作为反应前驱体，使用油相回流法在合适的反应温度热注入碘源来得到形貌均一的Cs3Bi2I9纳米材料的合成方法，并将所制备的Cs3Bi2I9纳米材料构造成垂直结构的光电探测器，表现出优越的探测性能。本专利技术通过简易的液相回流法，实验条件温和、改善了制备工艺、大幅度缩短了制备时间，且可以获得形貌均一、光电性能良好的Cs3Bi2I9纳米材料。
[0041]本专利技术制备的Cs3Bi2I9纳米晶合成工艺简单、具有很好的稳定性和单分散性，而且在光电探测领域具有良好的前景。高性能光电探测器因其在环境监测、生物医学、成像、电信、安全检查和工业处理控制等领域的广泛应用而引起了研究人员极大兴趣。本专利技术提供的基于该Cs3Bi2I9纳米晶的垂直结构的光电探测器，该器件表现出宽的光谱响应和优越的光电性能，具有良好的应用前景。
[0042]实验结果表明，采用本方法可以合成片径尺寸为28.05nm左右的Cs3Bi2I9六方片；将其构建成垂直结构的光电探测器，该器件在紫外到近红外(254nm
‑
1064nm)都有较好的光响应，且在波长650nm照射下，最优响应度为23.6AW
‑1，探测率达1.75
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10
13
Jones。
附图说明
[0043]图1为本专利技术实施例中合成的Cs3Bi2I9纳米材料的X射线衍射(XRD)图和拉曼图谱；
[0044]图2为本专利技术实施例中合成的Cs3Bi2I9纳米材料的X射线光电子能谱(XPS)全谱图、元素Cs 3d高分辨能谱图、元素Bi4f高分辨能谱图以及元素I 3d高分辨能谱图；
[0045]图3为本专利技术实施例中合成的Cs3Bi2I9纳米材料的透射电子显微照片(TEM)、粒径分布图、高分辨透射电镜(HRTEM)照片、电子选区衍射图以及EDS mapping元素分布照片；
[0046]图4为本专利技术实施例中合成的Cs3Bi2I9纳米材料的吸收光谱图；
[0047]图5是本专利技术实施例构造的光电探测器的结构示意图；
[0048]图6为本专利技术实施例制备的光电探测器在不同波长，光功率为140μW/cm2的I
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无铅卤化物钙钛矿材料，其特征在于，所述无铅卤化物钙钛矿材料为Cs3Bi2I9纳米片；所述Cs3Bi2I9纳米片为六方相纳米片；所述Cs3Bi2I9纳米片的片径为14～42nm。2.根据权利要求1所述的无铅卤化物钙钛矿材料，其特征在于，所述Cs3Bi2I9纳米片具有均匀的片径分布；所述Cs3Bi2I9纳米片在片径区间范围内的相对频率为0.018～0.159；所述Cs3Bi2I9纳米片中，Cs、Bi和I元素，均匀分布在整个六边形Cs3Bi2I9纳米晶片中。3.根据权利要求1所述的无铅卤化物钙钛矿材料，其特征在于，所述Cs3Bi2I9纳米片为油相回流法制备的Cs3Bi2I9纳米片；所述Cs3Bi2I9纳米片为用于制备光电探测器的光敏材料；所述光电探测器包括垂直结构的光电探测器。4.一种无铅卤化物钙钛矿材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将铯源、铋源和表面活性剂进行混合后，得到混合物；2)在保护性气氛和加热回流的条件下，将上述步骤得到的混合物加热后，然后注入碘源进行反应后，得到铅卤化物钙钛矿材料Cs3Bi2I9纳米片。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述铯源包括醋酸铯；所述铋源包括醋酸铋；所述表面活性剂包括十八烯、油胺和油酸；所述铯源与铋源的摩...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晴，王迦卉，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：