一种晶体生长用溴化铋的提纯方法及应用技术

本申请涉及卤化物原料提纯技术领域，具体涉及一种晶体生长用溴化铋的提纯方法及应用。具体为：将装有溴化铋原料的容器放置于真空加热设备中，启动真空加热设备，并依次进行升温、保温、降温过程，所述真空加热设备至少设有一组高温区和低温区，所述容器同时穿过至少一组高温区和低温区。通过在密闭环境中的升温，使溴化铋在高温区气化，而杂质无法气化，在真空状态下，气相的溴化铋可以快速的移动到达低温区后由于温度的降低，从而形成固相的溴化铋，沉积在石英管的管口，完成分离提纯的操作。该方法提纯得到的溴化铋原料的杂质浓度显著下降，并且用纯化后的溴化铋原料生长的晶体质量更优。更优。更优。

【技术实现步骤摘要】
一种晶体生长用溴化铋的提纯方法及应用


[0001]本专利技术属于卤化物原料提纯
，具体涉及一种晶体生长用溴化铋的提纯方法及应用。

技术介绍

[0002]卤化物钙钛矿晶体材料具有优异的光电性能，目前已拓展应用于光电探测、太阳能电池、发光二极管、激光等领域，其中铋基钙钛矿因绿色无污染、在空气中稳定性高而很快成为研究热点。铋基钙钛矿晶体生长所用原料的纯度对晶体质量及光电性能有显著影响，比如杂质在晶体中富集产生结构缺陷，或电离杂质影响晶体中的费米能级和载流子输运性能，进而使晶体的光电性能降低，制约了铋基钙钛矿晶体的应用。而溴化铋是铋基钙钛矿晶体生长所常用的原料，故对溴化铋的提纯具有重要意义。目前商业高纯溴化铋原料价格普遍昂贵，对于实现铋基钙钛矿晶体产业化来说成本极高，所以研发能够满足晶体生长用溴化铋的纯化方法十分必要。
[0003]溴化铋的工业制备方法有两种，一种是将含溴的氮气通入装有铋粉的硼硅酸玻璃管中，这种方法因氮气的通入易引进杂质；另一种是将铋粉与溴在蒸馏甑中蒸馏数日，这种方法效率较低。对溴化铋进行有效提纯是得到晶体生长用高纯原料的有效途径。
[0004]专利CN202211121809.0《一种卤化物的提纯方法》介绍了使用定向凝固法对卤化物进行提纯；专利CN202111187085.5《一种用于提纯溶液法生长钙钛矿晶体所用原料的方法》介绍了一种用于提纯溶液法生长钙钛矿晶体所用原料的方法，具体采用反溶剂降低络合物溶解度方式对PbBr2粉末进行提纯处理；以上均属于钙钛矿类晶体生长用原料的提纯方法。由于分凝系数大于1的杂质在固相中趋于富集较难排出，因此采用定向凝固法对这类杂质提纯效果甚微。而采用反溶剂降低络合物溶解度的提纯方法受限于溶剂的纯度和溶解度，提纯的效果有限，且仅适合少量原料提纯，难以满足大尺寸高纯铋基钙钛矿晶体所需。因此迫切需要研发一种能够满足大尺寸高纯铋基钙钛矿晶体生长所需原料的提纯方法，其具有普适性、简便易操作，同时可高效获得大批量高纯原料。

技术实现思路

[0005]鉴于上述现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种晶体生长用溴化铋的提纯方法及其应用。本专利技术提供的晶体生长用溴化铋的提纯方法，具有方法简便易操作，效率更高，且易实现大批量原料提纯。
[0006]本专利技术第一方面涉及到所述一种晶体生长用溴化铋的提纯方法，具体为：将装有溴化铋原料的容器放置于真空加热设备中，启动真空加热设备，并依次进行升温、保温、降温过程，所述真空加热设备至少设有一组高温区和低温区。
[0007]根据本专利技术所述的制备方法的一些优选的实施方式中，所述容器为一端开口的高纯石英管，所述高纯石英管的底部位于高温区。
[0008]根据本专利技术所述的制备方法的一些优选的实施方式中，所述真空加热设备为管式
炉，所述管式炉为立式管式炉或卧式管式炉。
[0009]根据本专利技术所述的制备方法的一些优选的实施方式中，所述高温区温度在150℃～300℃之间，低温区温度在30℃～200℃之间，高温区与低温区的温差不小于50℃。所述管式炉可以为二段炉、三段炉、四段炉、五段炉、六段炉等均可。对于多段炉而言，可设置两组或更多组的高温区与低温区，高温区与低温区的温差不小于50℃，以实现同时对两个或更多个容器内的溴化铋原料进行提纯。
[0010]根据本专利技术所述的制备方法的一些优选的实施方式中，所述管式炉的炉膛两端带有密封件，实现对管式炉工作区的环境密封；所述管式炉与真空泵相连，实现对管式炉炉膛内部抽真空的效果。
[0011]根据本专利技术所述的制备方法的一些优选的实施方式中，所述管式炉炉膛内一直处于负压状态，真空度小于10Pa。稳定的真空度，可以提高溴化铋的气相转运速率。
[0012]根据本专利技术所述的制备方法的一些优选的实施方式中，所述升温时间为1h～5h，所述保温时间为1h～24h，所述降温时间为3～10h，通常降温至室温，最优状态为25℃。
[0013]本专利技术第二方面提供了一种铋基钙钛矿晶体的制备方法，使用本专利技术所提供的晶体生长用溴化铋的提纯方法，对溴化铋原料进行提纯，再将所得高纯溴化铋作为原料进行铋基钙钛矿晶体的生长。
[0014]本专利技术第三方面提供了一种铋基钙钛矿晶体，该种晶体是采用上述方法制得的铋基钙钛矿晶体。
[0015]本专利技术的有益效果至少在于以下几个方面：
[0016]本申请与现有技术相比，使用的原料提纯方法简便易操作，效率更高，且易实现大批量原料提纯。通过在密闭环境中的升温，使溴化铋在高温区气化，而杂质无法气化，在真空状态下，气相的溴化铋可以快速的移动到达低温区后由于温度的降低，从而形成固相的溴化铋，沉积在石英管的管口，完成分离提纯的操作。该方法，提纯得到的溴化铋原料的杂质浓度显著下降，并且用纯化后的溴化铋原料生长的晶体质量更优，同时由于使用的设备结构简单，工业化放大的难度将大大降低，容易实现批量化产业化的生产。
[0017]另外由于本专利技术简化了分离提纯设备，降低了对设备要求，从而减小了批量生产成本。
[0018]本专利技术使用的原料提纯方法具有更广的适用性，对不同晶体生长方法均可采用。
[0019]本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中进行阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及说明书附图中所特别指出的结构来实现和满足。
附图说明
[0020]图1为本专利技术提出的一种晶体生长用溴化铋的提纯方法的示意图；
[0021]图2为实施案例最终得到纯化原料的实物图，其中(a)图为实施例1最终得到纯化原料的实物图，(b)图为实施例2最终得到纯化原料的实物图；
[0022]图3为本专利技术所述方案得到的纯化原料与纯化前分别含杂质浓度的对比图；
[0023]图4为采用本专利技术所述方案得到的纯化原料与未纯化原料分别进行晶体生长得到的晶锭实物图，其中(a)图为采用未纯化原料进行晶体生长得到的晶锭实物图，(b)图为采
用实施例1得到的纯化原料进行晶体生长的晶锭实物图；(c)图为采用实施例2得到的纯化原料进行晶体生长的晶锭实物图；
[0024]图5为采用纯化原料与未纯化原料分别进行晶体生长的晶体平均红外透过率对比图。
[0025]图例
[0026]1、管式炉；2、纯化前原料位置；3、高纯石英管；4、纯化后原料位置
[0027]A、高温区；B、低温区
具体实施方式
[0028]以下通过实施例对本专利技术进行详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于下述说明。
[0029]实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购途径获得的常规产品。
[0030]【实施例1】
[0031]本实施例提供一种晶体生长用溴化铋的提纯方法，如图1所示，将装有溴化铋原料的高纯石英管3放置于管式炉1内，依次进行升温、保温、降温，最终得到高纯的溴化铋原料，具体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种晶体生长用溴化铋的提纯方法，其特征在于，将装有溴化铋原料的容器放置于真空加热设备中，启动真空加热设备，并依次进行升温、保温、降温过程，所述真空加热设备至少设有一组高温区和低温区。2.根据权利要求1所述一种晶体生长用溴化铋的提纯方法，其特征在于，所述容器为一端开口的高纯石英管，所述高纯石英管的底部位于高温区。3.根据权利要求1所述一种晶体生长用溴化铋的提纯方法，其特征在于，所述真空加热设备为管式炉，所述管式炉为立式管式炉或卧式管式炉。4.根据权利要求1所述一种晶体生长用溴化铋的提纯方法，其特征在于，所述高温区温度在150℃～300℃之间，低温区温度在30℃～200℃之间，高温区与低温区的温差不小于50℃。5.根据权利要求3所述一种晶体生长用溴化...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡章贵，南娓娜，周伯儒，李超，付情，叶宁，吴以成，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：