一种卤素钙钛矿单晶材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种卤素钙钛矿单晶材料及其制备方法和应用。本发明专利技术的卤素钙钛矿单晶材料的制备方法，包括如下步骤：S1：将卤素盐溶解在溶剂中，加热，随后降温结晶，在溶液中生长出小块的FAPbBr

【技术实现步骤摘要】
一种卤素钙钛矿单晶材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及钙钛矿
，尤其是涉及一种卤素钙钛矿单晶材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]卤素钙钛矿是一类性能优异的半导体材料，具有光吸收系数大、直接带隙可调、载流子迁移率高、缺陷容忍度高以及制备简单等优势，因此在太阳能电池、激光、发光二极管、光电探测器和制氢等方面得到了广泛的应用。采用不同种类的离子对钙钛矿材料进行调控可以有效调控钙钛矿材料的带隙，从而影响材料的吸收和发光特性，这在太阳能电池和发光器件领域具有重要的用途。
[0003]由于钙钛矿单晶表面容易受到制备方法或工作环境的影响从而出现各种缺陷，如空位缺陷、参杂缺陷等结构点缺陷；同时，钙钛矿单晶还容易受到空气中的氧气、水蒸气和太阳光照的影响从而使单晶表面结构发生改变，进而影响器件性能。因此，需要开发一种生长高质量单晶的方法，以尽量减少单晶的各种缺陷以及氧气、水蒸气等带来的不良影响。
[0004]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种卤素钙钛矿单晶材料及其制备方法和应用，该卤素钙钛矿单晶材料单晶尺寸大、单晶质量好、发光强度高，具有较强的实际应用价值。
[0006]本专利技术提供一种卤素钙钛矿单晶材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]S1：将卤素盐溶解在溶剂中，加热，随后降温结晶，在溶液中生长出小块的FAPbBr
(3
‑
X)
I
(X)
单晶，X＝0
‑
2；
[0008]S2：从溶液中取出FAPbBr
(3
‑
X)
I
(X)
单晶，随后对溶液进行过滤，向过滤后的溶液中加入1
‑
2颗FAPbBr
(3
‑
X)
I
(X)
单晶，培养至单晶生长为预设尺寸，取出，制得卤素钙钛矿单晶材料。
[0009]在本专利技术中，FAPbBr
(3
‑
X)
I
(X)
单晶可以为FAPbBr3单晶、FAPbBr2I单晶或FAPbBrI2单晶；溶剂可以为GBL或GBL与DMF的混合溶剂，混合溶剂中GBL与DMF的体积比为(3
‑
5)：1；加热的温度为55
‑
65℃，加热的时间为1
‑
10d；溶液中卤素盐的浓度为0.6
‑
1mol/L。
[0010]在制备FAPbBr3单晶时，步骤S1包括：将FABr和PbI2按摩尔比1：1溶解在GBL中，于55
‑
65℃下加热1
‑
3d，随后降温结晶，在溶液中生长出小块的FAPbBr3单晶。
[0011]在制备FAPbBr2I单晶时，步骤S1包括：将FAI、PbI2、FABr、PbBr2按摩尔比1：1：2：2溶解在GBL和DMF的混合溶剂中，于55
‑
65℃下加热4
‑
6d，随后降温结晶，在溶液中生长出小块的FAPbBr2I单晶。
[0012]在制备FAPbBrI2单晶时，步骤S1包括：将FAI、PbI2、FABr、PbBr2按摩尔比2：2：1：1溶解在GBL中，于55
‑
65℃下加热8
‑
10d，随后降温结晶，在溶液中生长出小块的FAPbBrI2单晶。
[0013]步骤S2中，取出后可将卤素钙钛矿单晶材料保存在氮气气氛中。
[0014]本专利技术还提供一种卤素钙钛矿单晶材料，按照上述制备方法制得。
[0015]本专利技术还提供卤素钙钛矿单晶材料在太阳能电池中的应用。
[0016]本专利技术的制备方法通过逆温度结晶法和种子培养法，先以提高溶液温度来降低溶解度的方法析出小块钙钛矿单晶，再利用种子培养法生长出大块钙钛矿单晶，制备的卤素钙钛矿单晶材料单晶尺寸大、单晶质量好、发光强度高，能够减少单晶的各种缺陷以及氧气、水蒸气等带来的不良影响，具有较强的实际应用价值。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为实施例1
‑
3制备的卤素钙钛矿单晶的形貌图；其中：a为FAPbBr3单晶，b为FAPbBr2I单晶，c为FAPbBrI2单晶；
[0019]图2为实施例1
‑
3制备的卤素钙钛矿单晶的TRPL光谱图；其中：a为FAPbBr3单晶的TRPL光谱图，b为FAPbBr2I单晶605nm峰位的TRPL光谱图，c为FAPbBr2I单晶750nm峰位的TRPL光谱图，d为FAPbBrI2单晶750nm峰位的TRPL光谱图。
具体实施方式
[0020]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0021]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0022]下面将结合实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0023]实施例1
[0024]本实施例的卤素钙钛矿单晶材料的制备方法，步骤如下：
[0025]S1：逆温度结晶
[0026]将FABr和PbI2按摩尔比1：1溶解在GBL中，控制溶液的摩尔浓度为0.8mol/L，于60℃下加热2d，随后降温结晶，在溶液中生长出小块的FAPbBr3单晶。
[0027]S2：种子培养
[0028]从步骤S1结晶后的溶液中取出FAPbBr3单晶，随后对溶液进行过滤，向过滤后的溶液中加入1颗FAPbBr3单晶进行培养，培养后将单晶取出，制得约5mm
×
5mm的方正规则棕红色FAPbBr3单晶(参见图1的a)。
[0029]实施例2
[0030]本实施例的卤素钙钛矿单晶材料的制备方法，步骤如下：
[0031]S1：逆温度结晶
[0032]将FAI、PbI2、FABr、PbBr2按摩尔比1：1：2：2溶解在GBL和DMF的混合溶剂中，混合溶剂中GBL与DM本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卤素钙钛矿单晶材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将卤素盐溶解在溶剂中，加热，随后降温结晶，在溶液中生长出小块的FAPbBr
(3
‑
X)
I
(X)
单晶，X＝0
‑
2；S2：从溶液中取出FAPbBr
(3
‑
X)
I
(X)
单晶，随后对溶液进行过滤，向过滤后的溶液中加入1
‑
2颗FAPbBr
(3
‑
X)
I
(X)
单晶，培养至单晶生长为预设尺寸，取出，制得卤素钙钛矿单晶材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，FAPbBr
(3
‑
X)
I
(X)
单晶为FAPbBr3单晶、FAPbBr2I单晶或FAPbBrI2单晶。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，溶剂为GBL或GBL与DMF的混合溶剂，混合溶剂中GBL与DMF的体积比为(3
‑
5)：1。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，加热的温度为55
‑
65℃，加热的时间为1
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，张帅，邹政，肖梓杰，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：