一种基于可调谐的掺杂无铅双钙钛矿单晶的制备方法和应用技术

一种基于可调谐的掺杂无铅双钙钛矿单晶的制备方法和应用，它涉及一种无铅双钙钛矿单晶的制备方法和应用。本发明专利技术的目的是要解决含有铅离子的有机

【技术实现步骤摘要】
一种基于可调谐的掺杂无铅双钙钛矿单晶的制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种无铅双钙钛矿单晶的制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，有机
‑
无机杂化钙钛矿ABX3(A＝CH3NH
3+
(MA
+
)，CH(NH2)
2+
(FA
+
)，Cs
+
,B＝Pb
2+
，X＝Cl
‑
，Br
‑
，I
‑
)材料由于其具有陷阱密度低、载流子扩散时间长、制备方法简单易行等优点成为最佳光电探测器的材料。此外，通过调节化合物中卤素元素的组成，可以实现材料吸收边连续调节且可调谐的光电特性。但铅离子的有毒性和材料较差的稳定性限制了其在实际应用中的发展。此外，现有技术制备的探测器上无法同时适用于可见光探测和X射线探测的模式。
[0003]因此如何实现制备具有可调谐的环境友好型光电探测器和X射线探测器成为了本技术的研究重点。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是要解决含有铅离子的有机
‑
无机杂化钙钛矿的有毒性和材料较差的稳定性限制了其在实际应用中的发展和现有制备的探测器上无法同时适用于可见光探测和X射线探测的模式的问题，而提供一种基于可调谐的掺杂无铅双钙钛矿单晶的制备方法和应用。
[0005]一种基于可调谐的掺杂无铅双钙钛矿单晶的制备方法，是按以下步骤完成的：
[0006]一、制备钙钛矿前驱体溶液：
[0007]①
、将金属氯化物和金属溴化物混合，得到混合粉末；将混合粉末溶解到HBr溶液中，得到混合溶液；
[0008]步骤一
①
中所述的金属氯化物为CsCl粉末和BiCl3粉末中的一种或几种的混合物；
[0009]步骤一
①
中所述的金属溴化物为CsBr粉末、BiBr3粉末和AgBr中的一种或几种的混合物；
[0010]②
、将混合溶液在130℃～140℃的硅油浴氛围中加热，得到钙钛矿前驱体溶液；
[0011]二、单晶生长：
[0012]将钙钛矿前驱体溶液从130℃～140℃冷却至110℃～120℃，再继续从110℃～120℃冷却至60℃～80℃，在60℃～80℃下保持，促进单晶生长，得到产物；
[0013]三、使用异丙醇对产物冲洗，再在氮气气流中吹干，最后进行退火处理，得到Cs2AgBiBr6‑
x
Cl
x
单晶，即为基于可调谐的掺杂无铅双钙钛矿单晶。
[0014]本专利技术的有益效果：
[0015]一、本专利技术提供的基于可调谐的掺杂无铅双钙钛矿单晶(Cs2AgBiBr6‑
x
Cl
x
单晶)的制备方法简单易行，对于制备环境无严格要求且器件稳定，相对于传统铅基钙钛矿器件，本专利技术器件具有环境友好型，避免了铅的毒性对环境的影响；
[0016]二、本专利技术集可见光探测与X射线探测功能于一体，并制备出可调谐的钙钛矿单晶平面光电探测器和X射线探测器；
[0017]三、本专利技术制备的平面型光电探测器的响应时间快，对光响应较快，可用于变化较快的光信号的探测，在5V偏压下可实现了60.8mA W
‑1的响应值，相比于未掺入Cl离子的器件性能可提高9倍以上；
[0018]四、本专利技术制备的X射线探测器的灵敏度大大超过目前商用α
‑
Se X射线探测器，在5V偏压下实现了灵敏度为8663μCGy
air
‑1cm
‑2，相比于商用α
‑
Se X射线探测器高约两个数量级。
[0019]本专利技术可获得一种基于可调谐的掺杂无铅双钙钛矿单晶。
附图说明
[0020]图1为实施例4制备的平面型光电探测器和实施例5制备的X射线探测器的器件结构示意图；
[0021]图2为对比实施例制备的Cs2AgBiBr6无铅双钙钛矿单晶、实施例1、实施例2和实施例3制备的基于可调谐的掺杂无铅双钙钛矿单晶的表面扫描电镜图像，图中A为对比实施例，B为实施例1，C为实施例2，D为实施例3；
[0022]图3为对比实施例制备的Cs2AgBiBr6无铅双钙钛矿单晶、实施例1、实施例2和实施例3制备的基于可调谐的掺杂无铅双钙钛矿单晶的X射线衍射谱图(XRD)，右侧图为(444)晶向放大图，图中A为对比实施例，B为实施例1，C为实施例2，D为实施例3；
[0023]图4为对比实施例制备的Cs2AgBiBr6无铅双钙钛矿单晶、实施例1、实施例2和实施例3制备的基于可调谐的掺杂无铅双钙钛矿单晶的吸收曲线图，图中A为对比实施例，B为实施例1，C为实施例2，D为实施例3；
[0024]图5为利用对比实施例制备的Cs2AgBiBr6无铅双钙钛矿单晶制备的平面型光电探测器、利用实施例1、实施例2和实施例3制备的基于可调谐的掺杂无铅双钙钛矿单晶制备的平面型光电探测器的光谱响应度曲线图，图中A为对比实施例，B为实施例1，C为实施例2，D为实施例3；
[0025]图6为利用对比实施例制备的Cs2AgBiBr6无铅双钙钛矿单晶制备的X射线探测器、利用实施例1、实施例2和实施例3制备的基于可调谐的掺杂无铅双钙钛矿单晶制备的X射线探测器的电流密度和剂量率的函数曲线图，图中A为对比实施例，B为实施例1，C为实施例2，D为实施例3。
具体实施方式
[0026]以下实施例进一步说明本专利技术的内容，但不应理解为对本专利技术的限制。在不背离本专利技术实质的情况下，对本专利技术方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本专利技术的范围。
[0027]具体实施方式一：本实施方式一种基于可调谐的掺杂无铅双钙钛矿单晶的制备方法，是按以下步骤完成的：
[0028]一、制备钙钛矿前驱体溶液：
[0029]①
、将金属氯化物和金属溴化物混合，得到混合粉末；将混合粉末溶解到HBr溶液
中，得到混合溶液；
[0030]步骤一
①
中所述的金属氯化物为CsCl粉末和BiCl3粉末中的一种或几种的混合物；
[0031]步骤一
①
中所述的金属溴化物为CsBr粉末、BiBr3粉末和AgBr粉末中的一种或几种的混合物；
[0032]②
、将混合溶液在130℃～140℃的硅油浴氛围中加热，得到钙钛矿前驱体溶液；
[0033]二、单晶生长：
[0034]将钙钛矿前驱体溶液从130℃～140℃冷却至110℃～120℃，再继续从110℃～120℃冷却至60℃～80℃，在60℃～80℃下保持，促进单晶生长，得到产物；
[0035]三、使用异丙醇对产物冲洗，再在氮气气流中吹干，最后进行退火处理，得到Cs2AgBiBr6‑
x
Cl
x
单晶，即为基于可调谐的掺杂无铅双钙钛矿单晶。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于可调谐的掺杂无铅双钙钛矿单晶的制备方法，其特征在于一种基于可调谐的掺杂无铅双钙钛矿单晶的制备方法是按以下步骤完成的：一、制备钙钛矿前驱体溶液：
①
、将金属氯化物和金属溴化物混合，得到混合粉末；将混合粉末溶解到HBr溶液中，得到混合溶液；步骤一
①
中所述的金属氯化物为CsCl粉末和BiCl3粉末中的一种或几种的混合物；步骤一
①
中所述的金属溴化物为CsBr粉末、BiBr3粉末和AgBr粉末中的一种或几种的混合物；
②
、将混合溶液在130℃～140℃的硅油浴氛围中加热，得到钙钛矿前驱体溶液；二、单晶生长：将钙钛矿前驱体溶液从130℃～140℃冷却至110℃～120℃，再继续从110℃～120℃冷却至60℃～80℃，在60℃～80℃下保持，促进单晶生长，得到产物；三、使用异丙醇对产物冲洗，再在氮气气流中吹干，最后进行退火处理，得到Cs2AgBiBr6‑
x
Cl
x
单晶，即为基于可调谐的掺杂无铅双钙钛矿单晶。2.根据权利要求1所述的一种基于可调谐的掺杂无铅双钙钛矿单晶的制备方法，其特征在于步骤一
①
中所述的混合粉末中Cl
‑
的物质的量与Cl
‑
与Br
‑
物质的量和的比值为(0.0053～0.0155):1。3.根据权利要求1所述的一种基于可调谐的掺杂无铅双钙钛矿单晶的制备方法，其特征在于步骤一
①
中所述的混合溶液的浓度为0.1mol/L～0.08mol/L。4.根据权利要求1所述的一种基于可调谐的掺杂无铅双钙钛矿单晶的制备方法，其特征在于步骤一
①
中所述的HBr溶液的质量分数为40％～48％。5.根据权利要求1所述的一种基于可调谐的掺...

【专利技术属性】
技术研发人员：李林，邵琪，
申请(专利权)人：哈尔滨师范大学，
类型：发明
国别省市：