一种大面积卤化物钙钛矿单晶异质结及其生长方法与在核辐射探测器中的应用技术

本发明专利技术涉及一种大面积卤化物钙钛矿单晶异质结及其生长方法与在核辐射探测器中的应用。该大面积卤化物钙钛矿单晶异质结的生长方法，包括步骤如下：将经预处理的溴铅铯或溴铋铯衬底置于装有钙钛矿前驱体溶液的试剂瓶中，之后密封；将上述密封的试剂瓶固定在水槽中，通过逆温结晶法或降温结晶法在衬底上进行大面积卤化物钙钛矿单晶薄膜的外延生长，得到大面积卤化物钙钛矿单晶异质结。本发明专利技术的方法具有成本低、简单、高效的优点；本发明专利技术的钙钛矿单晶异质结探测器在反向偏压下可有效抑制离子迁移引起的暗电流漂移，从而获得高灵敏度、低检测限的探测效果。检测限的探测效果。

【技术实现步骤摘要】
一种大面积卤化物钙钛矿单晶异质结及其生长方法与在核辐射探测器中的应用


[0001]本专利技术涉及一种大面积卤化物钙钛矿单晶异质结及其生长方法与在核辐射探测器中的应用，属于钙钛矿制备技术及应用领域。

技术介绍

[0002]核辐射探测是利用高能射线(如X射线、γ射线等)与物质的相互作用，转变为各种形式的直接或间接可为人们感官所能接受的信息的过程，在医疗诊断、线路探伤、安全筛查、工业产品无损检测和食品工业质量检验等方面发挥着重要应用。因此，选用一种高性能核辐射探测器是至关重要的。通常，核辐射探测器要满足以下几点要求：(1)高灵敏度：更容易分辨目标物体；(2)低检测限：减小辐射剂量、减小伤害；(3)高稳定性：性能稳定保证长时间使用；(4)高质量：减少缺陷对载流子俘获以提高探测效率；(5)大面积：可吸收大尺寸焦斑射线，提高成像的准确度。优异的核辐射探测器与探测材料是相辅相成的，核辐射探测材料要满足：(1)比较高的平均原子序数(Z)从而实现对射线的强吸收；(2)比较高的电阻率(ρ)以减小暗电流；(3)适当宽的禁带宽度(Eg)从而适用于室温下工作；(4)较大的载流子迁移率寿命积(μτ)以获得高的载流子收集效率。
[0003]近年来，卤化物钙钛矿作为一种商业可替代的核辐射探测材料，具有较高的原子序数、优异的载流子寿命、可调的带隙和低温制造工艺，在高性能X射线探测器方面展现出巨大的潜力。目前，报道的X射线探测器灵敏度最高为2.2
×
108μC Gy
air
‑1cm
‑2，其是用3D喷涂打印的MAPbI3薄膜，有着制备效率高，制作成本低的优点，但是由于有机阳离子易脱离钙钛矿本体，降低了探测器的稳定性(参见：Glushkova,A.；Andricevic,P.；Smajda,R.；Nafradi,B.；Kollar,M.；Djokic,V.；Arakcheeva,A.；Forro,L.；Pugin,R.；Horvath,E.,Ultrasensitive 3D Aerosol
‑
Jet
‑
Printed Perovskite X
‑
ray Photodetector.ACS Nano 2021,15(3),4077
‑
4084.)。最低检测限也是X射线探测领域中非常重要的指标，通过消除钙钛矿的界面极化问题，制备的MAPbI3单晶探测器，最低检测限至0.1nGy
air s
‑1，达到了目前较高的水平(参见：Song,Y.；Li,L.；Hao,M.；Bi,W.；Wang,A.；Kang,Y.；Li,H.；Li,X.；Fang,Y.；Yang,D.；Dong,Q.,Elimination of Interfacial
‑
Electrochemical
‑
Reaction
‑
Induced Polarization in Perovskite Single Crystals for Ultrasensitive and Stable X
‑
Ray Detector Arrays.Adv.Mater.2021,33(52),e2103078.)。卤化物钙钛矿在γ探测领域也有了一定的发展，全无机CsPbBr3单晶对
137
Cs 662
‑
keV的γ射线探测的能量分辨率为1.4％(参见：He,Y.；Petryk,M.；Liu,Z.；Chica,D.G.；Hadar,I.；Leak,C.；Ke,W.；Spanopoulos,I.；Lin,W.；Chung,D.Y.；Wessels,B.W.；He,Z.；Kanatzidis,M.G.,CsPbBr3 perovskite detectors with 1.4％energy resolution for high
‑
energyγ
‑
rays.Nat.Photonics 2021,15,36
‑
42.)。然而，目前钙钛矿材料在应用于辐射探测器时，在高的外加电场下仍然存在离子迁移引起的暗电流漂移问题，严重影响了探测器的工作稳定性。
[0004]目前还没有报道钙钛矿单晶异质结的制备方法，也没有关于钙钛矿单晶异质结用于核辐射探测的报道。为此，提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种大面积卤化物钙钛矿单晶异质结及其生长方法与在核辐射探测器中的应用。本专利技术以溴铅铯(CsPbBr3)或溴铋铯(Cs3Bi2Br9)为衬底，切割出不同尺寸的晶片，经定向、抛光后，可在衬底上利用逆温结晶方法或降温结晶法外延生长出大面积的、结晶取向一致的卤族钙钛矿单晶异质结，本专利技术的方法具有成本低、简单、高效的优点；本专利技术的钙钛矿单晶异质结探测器在反向偏压下可有效抑制离子迁移引起的暗电流漂移，从而获得高灵敏度、低检测限的探测效果。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种大面积卤化物钙钛矿单晶异质结的生长方法，包括步骤如下：
[0008]将经预处理的溴铅铯(CsPbBr3)或溴铋铯(Cs3Bi2Br9)衬底置于装有钙钛矿前驱体溶液的试剂瓶中，之后密封；将上述密封的试剂瓶固定在水槽中，通过逆温结晶法或降温结晶法在衬底上进行大面积卤化物钙钛矿单晶薄膜的外延生长，得到大面积卤化物钙钛矿单晶异质结。
[0009]根据本专利技术，所述大面积卤化物钙钛矿单晶异质结由大面积卤化物钙钛矿单晶薄膜和衬底组成。
[0010]根据本专利技术优选的，所述的溴铅铯(CsPbBr3)衬底为正方形，所述衬底的厚度为1～6mm；所述衬底的尺寸不低于10mm
×
10mm，进一步优选的，所述衬底的尺寸为20mm
×
20mm～100mm
×
100mm，更优选为20mm
×
20mm～50mm
×
50mm；所述溴铅铯(CsPbBr3)衬底按照下述方法制备得到：将大尺寸溴铅铯(CsPbBr3)晶体进行定向，定出<010>方向，然后沿着该方向进行切割，得到溴铅铯(CsPbBr3)衬底；所述大尺寸CsPbBr3晶体的制备方法为本领域现有技术。
[0011]根据本专利技术优选的，所述的溴铋铯(Cs3Bi2Br9)衬底为正方形，所述衬底的厚度为1～6mm；所述衬底的尺寸不低于10mm
×
10mm，进一步优选的，所述衬底的尺寸为10mm
×
10mm～50mm
×
50mm，更优选为10mm
×
10mm～30mm
×
30mm；所述溴铋铯(Cs3Bi2Br9)衬底按照下述方法制备得到：将大尺寸溴铋铯(Cs3Bi2Br9)晶体进行定向，定出<001>方向，然后沿着该方向进行切割，得到溴铋铯(Cs3Bi2B本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大面积卤化物钙钛矿单晶异质结的生长方法，包括步骤如下：将经预处理的溴铅铯或溴铋铯衬底置于装有钙钛矿前驱体溶液的试剂瓶中，之后密封；将上述密封的试剂瓶固定在水槽中，通过逆温结晶法或降温结晶法在衬底上进行大面积卤化物钙钛矿单晶薄膜的外延生长，得到大面积卤化物钙钛矿单晶异质结。2.根据权利要求1所述大面积卤化物钙钛矿单晶异质结的生长方法，其特征在于，所述的溴铅铯衬底为正方形，所述衬底的厚度为1～6mm；所述衬底的尺寸不低于10mm
×
10mm，优选的，所述衬底的尺寸为20mm
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20mm～100mm
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100mm，进一步优选为20mm
×
20mm～50mm
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50mm；所述的溴铅铯衬底按照下述方法制备得到：将大尺寸溴铅铯晶体进行定向，定出<010>方向，然后沿着该方向进行切割，得到溴铅铯衬底。3.根据权利要求1所述大面积卤化物钙钛矿单晶异质结的生长方法，其特征在于，所述的溴铋铯衬底为正方形，所述衬底的厚度为1～6mm；所述衬底的尺寸不低于10mm
×
10mm，优选的，所述衬底的尺寸为10mm
×
10mm～50mm
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50mm，进一步优选为10mm
×
10mm～30mm
×
30mm；所述的溴铋铯衬底按照下述方法制备得到：将大尺寸溴铋铯晶体进行定向，定出<001>方向，然后沿着该方向进行切割，得到溴铋铯衬底。4.根据权利要求1所述大面积卤化物钙钛矿单晶异质结的生长方法，其特征在于，所述的溴铅铯或溴铋铯衬底的预处理方法为：先用1200目的粗砂纸对衬底进行抛光，然后用7000目的细砂纸进行细抛，最后用粒度为0.05μm氧化铝抛光粉进行精抛，抛光完毕后，用乙醇将衬底清洗干净，干燥备用。5.根据权利要求1所述大面积卤化物钙钛矿单晶异质结的生长方法，其特征在于，所述钙钛矿前驱体为MAPbBr3‑
n
Cl
n
或Cs2AgBiBr6，其中n为0
‑
1；所述钙钛矿前驱体为MAPbBr3‑
n
Cl
n
，n为0
‑
1时，所用衬底为溴铅铯衬底，所得大面积卤化物钙钛矿单晶异质结为大面积MAPbBr3‑
n
Cl
n
/CsPbBr3单晶异质结；所述钙钛矿前驱体为Cs2AgBiBr6时，所用衬底为溴铋铯衬底，所得大面积卤化物钙钛矿单晶异质结为大面积Cs2AgBiBr6/Cs3Bi2Br9单晶异质结。6.根据权利要求1所述大面积卤化物钙钛矿单晶异质结的生长方法，其特征在于，所述钙钛矿前驱体溶液是将钙钛矿前驱体原料加入溶剂中得到的；优选的，所述钙钛矿前驱体为MAPbBr3‑
n
Cl<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国栋，崔富财，华云秋，孙雪，李想，陶绪堂，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：