一种Cu基钙钛矿溴铜铯晶体的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Cu基钙钛矿溴铜铯晶体的制备方法及潜在应用。按铜与铯的原子比为1：2称量铜粉和溴化铯；将称量好的铜粉、溴化铯、过量氢溴酸混合均匀，装入反应釜中，在一定温度下进行水热反应，反应一段时间，形成溴铜铯Cs2CuBr4晶体母液；然后在上述母液中加入生长剂，在加热情况下缓慢挥发掉溶剂，然后经过洗涤、干燥，合成纯的溴铜铯Cs2CuBr4晶体。本发明专利技术直接用Cu粉和CsBr作为铜源和铯源，通过水热反应和晶体生长技术成功得到纯净的溴铜铯晶体，此合成方法过程简单、成本低、产率高，适合大规模生产。为以后溴铜铯在光电探测器、太阳能电池、LED等领域的大规模应用提供技术的支持。LED等领域的大规模应用提供技术的支持。

【技术实现步骤摘要】
一种Cu基钙钛矿溴铜铯晶体的制备方法


[0001]本专利技术涉及材料制备领域，特别是涉及一种Cu基钙钛矿溴铜铯Cs2CuBr4晶体的制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，卤化铅基钙钛矿(APbX3,A＝CH3NH3,Cs；X为卤素)材料作为最有希望在太阳能电池领域替代硅的材料。其具有较高的光电转换效率(>25.5％)，高的吸收系数(～105)，合适的禁带宽度(1.1eV－2.5eV)，长的载流子寿命等。然而，这种材料包含的铅元素具有毒性，限制了其大规模的商业化应用。因此，探索一种新型的绿色环保的太阳能电池材料成为人们迫切的需求。
[0003]铜，储量丰富，环境友好，具有独特的核外电子结构，是一种良好的铅的替代品。研究发现铜基钙钛矿(A2CuX4，A＝CH3NH
3+
、C6H5CH2NH
3+
，X＝Cl、Br、I)结构稳定，具有较高的吸收系数(～105)，合适的禁带宽度(1.5eV)，快的载流子迁移率和长的载流子寿命，是一种良好的太阳能电池材料。然而，它的制备技术存在有机溶剂的污染，制备过程复杂，难以实现大规模的生产。目前主要有两种制备技术：YangPan等人分别将CsBr和CuBr2溶解于二甲基亚砜(DMSO)和N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)，然后通过有机胺的替换制备出Cs2CuBr4的量子点(Chem.Commun.,2018,54,11638
‑
11641)。这种制备方法采用了大量的DMSO、 DMF和有机胺等溶剂，会产生大量的有机溶剂污染，而且制备过程复杂，成本较高。Li Xiao
‑
Lei 等人将CsBr和CuBr2在研钵中研磨30min，在30℃下反应30min，然后缓慢冷却至室温，最终可以得到(H3NC6H4NH3)CuBr4晶体(J.Mater.Chem.A,2020,8,5484)。这种制备方法过程复杂，制备量少，消耗大，难以产业化。

技术实现思路

[0004]本专利技术主要解决的技术问题是提供一种Cu基钙钛矿溴铜铯Cs2CuBr4晶体的制备方法，利用铜源、铯源以一定的化学计量比和溴源物质在密闭体系中反应，形成稳定的溴铜铯 Cs2CuBr4晶体母液，然后加入晶体生长剂，加热缓慢挥发掉多余溶剂，生长出溴铜铯Cs2CuBr4晶体。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]提供一种Cu基钙钛矿溴铜铯Cs2CuBr4晶体的制备方法，包括以下步骤：
[0007]1、晶体母液的制备：
[0008]①
按铜与铯的原子比为1:2称量铜粉和溴化铯；
[0009]②
将称量好的铜粉、溴化铯、过量氢溴酸混合均匀，装入反应釜中，在一定温度下进行水热反应，反应一段时间，形成溴铜铯Cs2CuBr4晶体母液；
[0010]2、溴铜铯晶体生长：
[0011]③
在上述溴铜铯母液中，缓慢加入晶体生长剂，加热，缓慢挥发掉溶剂；
[0012]②
使溴铜铯晶体从母液中析出，然后用乙醇洗涤、干燥，得到溴铜铯(Cs2CuBr4)晶
体。
[0013]优选地，步骤1中所述的晶体生长剂为甲醇。
[0014]优选地，步骤1中水热反应温度为120℃
‑
150℃。
[0015]优选地，步骤1中所述的反应一段时间为1
‑
15小时。
[0016]优选地，步骤1中氢溴酸溶液的浓度为30wt％
‑
47wt％。
[0017]上述方案中，步骤2加热缓慢挥发溶剂为溴铜铯Cs2CuBr4在母液中晶体缓慢长大的过程。
[0018]上述方案中，所述的溴铜铯(Cs2CuBr4)晶体的尺寸为0.5
‑
1mm。
[0019]本专利技术的有益效果是：
[0020]1、本专利技术直接用Cu粉、CsBr和氢溴酸为原料，通过水热反应和晶体生长技术成功制备了纯净的溴铜铯(Cs2CuBr4)晶体。
[0021]2、该实验操作简单，制备过程不需要真空，高温环境，所需原料成本较低。
[0022]3、该制备过程中避免使用高沸点有机溶剂，解决了利用大量有机溶剂带来的污染及机械研磨带来的高能耗等问题，减少了有机废液污染；
[0023]4、该实验反应简单，成本低廉，避免有机污染，有利于实现大规模生产。
[0024]5、制备的溴铜铯(Cs2CuBr4)晶体颗粒均匀，光学性能优异，结构稳定性好，禁带宽度窄，是作为光电探测器、太阳能电池、LED的潜在材料。
附图说明
[0025]图1是实施例1中的溴铜铯(Cs2CuBr4)晶体粉末X射线衍射(XRD)图；
[0026]图2是实施例1中的溴铜铯(Cs2CuBr4)晶体的数码照片图；
[0027]图3是实施例1中的溴铜铯(Cs2CuBr4)晶体的紫外
‑
可见漫反射(UV
‑
Vis DRS)图；
[0028]图4是实施例1中的溴铜铯(Cs2CuBr4)晶体的禁带宽度图(a)和放大图(b)；
[0029]图5是实施例1中的溴铜铯(Cs2CuBr4)晶体的光致发光(PL)图；
[0030]图6是实施例1中的溴铜铯(Cs2CuBr4)晶体的时间分辨光致发光(TRPL)图；
[0031]图7是实施例1中的溴铜铯(Cs2CuBr4)晶体的表面光电压(TSPV)图。
具体实施方式
[0032]下面结合实施例对本专利技术作进一步描述。
[0033]实施例1
[0034]一种Cu基钙钛矿溴铜铯(Cs2CuBr4)晶体的制备方法，包括如下步骤：
[0035]1、晶体母液的制备，该制备过程包括以下步骤：
[0036]①
按摩尔比Cu:Cs＝1:2来称量纯度大于99％的0.1905g的铜粉与1.2768g的溴化铯原料，并量取15ml的47wt％的氢溴酸；
[0037]②
将称量好的铜粉、溴化铯、氢溴酸混合均匀，装入不锈钢反应釜中进行反应，在120℃温度条件下，反应1小时，形成溴铜铯(Cs2CuBr4)母液。
[0038]2、溴铜铯晶体生长，该制备步骤包括以下步骤：
[0039]①
将上述溴铜铯(Cs2CuBr4)母液中，缓慢滴加5ml甲醇，加热，缓慢挥发掉溶剂；
[0040]②
使溴铜铯晶体从母液中析出，然后用乙醇洗涤、干燥，得到溴铜铯(Cs2CuBr4)晶
体。
[0041]图1为溴铜铯(Cs2CuBr4)晶体粉末X射线衍射(XRD)图。由图1的XRD图谱可知，生成的Cs2CuBr4没有杂相，为纯净的Cs2CuBr4晶体。
[0042]图2是溴铜铯(Cs2CuBr4)晶体的数码照片图；如图2所示，生成的Cs2CuBr4晶体尺寸为 0.5
‑
1mm。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Cu基钙钛矿溴铜铯Cs2CuBr4晶体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：晶体母液的制备：
①
按铜与铯的原子比为1：2称量铜粉和溴化铯；
②
将称量好的铜粉、溴化铯、过量氢溴酸混合均匀，装入反应釜中，在一定温度下进行水热反应，反应一段时间，形成溴铜铯Cs2CuBr4晶体母液；溴铜铯晶体生长：
①
在上述溴铜铯母液中，缓慢加入晶体生长剂，加热，缓慢挥发掉溶剂；
②
使溴铜铯晶体从母液中析出，然后用乙醇洗涤、干燥，得到溴铜铯Cs2CuBr4晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑直，范二闯，刘满营，张艳鸽，
申请(专利权)人：许昌学院，
类型：发明
国别省市：