【技术实现步骤摘要】
本申请涉及钙钛矿材料，更具体地说，涉及一种钙钛矿单晶及其制备方法和应用。
技术介绍
1、多晶钙钛矿薄膜制备时一般采用旋涂工艺，操作简单，可以在短时间内获得可控厚度与尺寸的钙钛矿薄膜，但在多晶薄膜中存在大量的晶界，晶界的缺陷成为复合中心，会在钙钛矿器件中产生严重的电荷非辐射复合和离子迁移现象，不利于钙钛矿器件的光电性能和稳定性，这极大的限制了钙钛矿器件的进一步发展。与多晶钙钛矿薄膜相比，单晶钙钛矿没有晶界，且单晶钙钛矿不仅具有更低的陷阱态密度，并且薄膜的均匀统一性、载流子迁移率、扩散长度和稳定性均会有所增加，可作为制备高性能钙钛矿电池、光电探测器、发光二极管等器件的理想材料。
2、目前生长获得高质量、大尺寸一维/二维钙钛矿单晶的方法主要通过降温结晶、反溶剂辅助蒸发结晶等，这些方法很难得到纯相、大尺寸的高质量单晶。其中降温结晶是常用制备低维度单晶的方法，但很难控制晶体成核和生长期间的温度梯度，从而不可避免地产生杂相、位错和应变等缺陷。
3、因此，如何获得大尺寸、高质量的一维/二维卤化物钙钛矿单晶对推动二维钙钛矿单晶走向实际应用具有重要意义。
技术实现思路
1、基于此，本专利技术的目的是提供一种钙钛矿单晶及其制备方法和应用，旨在解决现有的高质量、大尺寸一维/二维钙钛矿单晶不可避免地产生杂相、位错和应变等缺陷的问题。
2、为了实现上述目的，第一方面，本申请提供一种钙钛矿单晶，所述钙钛矿单晶的分子式为aaobbcxy，其中a的取值范围为1～3的整数；b的取
3、可选地，所述第一卤素取代的有机阳离子包括3,3-二氟吡咯烷阳离子、3-溴吡咯烷阳离子中的一种或多种；和/或
4、所述金属阳离子包括pb2+；和/或
5、所述第二卤素阴离子包括i-、cl-、br-、f-中的一种或多种。
6、可选地，所述钙钛矿单晶的分子式包括c7h12f2i3npb、c16h34f8i8n4opb2、c7h13bri3npb、c16h38br4i8n4opb2、c7h12br2i3npb、c16h34f8br8n4opb2、(c7nh13br)br3pb、(c16h38n4br4)br8opb2、c7h12f2cl3npb、c16h34f8cl8n4opb2、c7h13brcl3npb、c16h38br4cl8n4opb2中的一种或多种。
7、第二方面，本申请还提供了一种钙钛矿单晶的制备方法，包括以下步骤：
8、提供氢卤酸与第一化合物混合，反应，获得第一前驱体；
9、提供第二化合物并加入所述第一前驱体中，溶解，过滤，获得钙钛矿前驱体溶液；
10、提供溶剂，使所述钙钛矿前驱体溶液的溶质析出，获得钙钛矿单晶；
11、其中，所述第一化合物包括金属氧化物；所述第二化合物包括第一卤素取代的有机盐。
12、可选地，所述溶剂包括第一溶剂和第二溶剂中的一种或多种，所述第一溶剂与所述第二溶剂的偶极矩不同。
13、可选地，所述第一溶剂的偶极矩大于所述第二溶剂，所述第一溶剂的偶极矩为2.61～3.21d，所述第二溶剂的偶极矩为0.95～1.35d。
14、可选地，所述第一溶剂包括丙酮，所述第二溶剂包括乙醚；和或
15、所述有机盐包括3,3-二氟吡咯烷盐酸盐或3-溴吡咯烷氢溴酸盐中的一种或多种；和/或
16、所述金属氧化物包括氧化铅；和/或
17、所述氢卤酸包括氢碘酸、氢溴酸、氢氯酸中的一种或多种。
18、可选地，所述氢卤酸的浓度为0.8-1.5mmol/ml；和/或
19、所述第一化合物与所述氢卤酸的摩尔体积比为0.5:1～1:0.5mol/l；和/或
20、所述第一化合物与所述第二化合物的摩尔比为0.5:1～1.5:1；和/或
21、所述钙钛矿前驱体溶液的浓度为0.8-1.5mmol/ml。
22、可选地，所述反应包括温度t下保持一段时间t1；和/或
23、提供第二化合物并加入所述第一前驱体中后搅拌至溶解，所述搅拌为室温搅拌，所述搅拌为在转速v下搅拌时间t2；和/或
24、所述过滤为用滤头将溶液进行过滤，所述滤头的直径小于0.45μm；和/或
25、提供溶剂，使所述钙钛矿前驱体溶液的溶质析具体包括如下步骤：
26、将所述钙钛矿前驱体溶液置于基底或容器内，并置于惰性气体的密闭气氛中；
27、使用溶剂对所述基底或容器内的所述钙钛矿前驱体溶液进行气相扩散处理，后静置，获得钙钛矿单晶。
28、可选地，所述t为60～120℃；和/或
29、所述t1为6～15min；和/或
30、所述v为1000～1500rpm；和/或
31、所述t2为6-8h；和/或
32、所述溶剂与所述钙钛矿前驱体溶液的体积比为0.8:1～2:1；和/或
33、所述基底包括玻璃片或陶瓷片；和/或
34、所述容器包括玻璃器皿；和/或
35、所述惰性气体选自氮气、氦气、氖气、氩气、氪气以及氙气中的一种或多种；和/或
36、所述静置的时间为10～21天。
37、第三方面，本申请还提供了一种如上述第一方面所述的钙钛矿单晶，或包括上述第二方面所述的钙钛矿单晶制备方法制备的钙钛矿单晶在光电领域的应用。
38、可选地，所述光电领域包括光探测器、太阳能电池、发光二极管、晶体管中的一种或多种。
39、本申请具有如下有益效果：
40、本申请的钙钛矿单晶中，由于晶胞体积大，有机阳离子与金属卤化物晶链存在较大的空间从而降低应变和错位，热力学结构更稳定；由于第一卤素取代的有机阳离子中第一卤素的存在，其与金属阳离子之间的作用力更强，可以降低结晶动力学势垒，因此钙钛矿单晶生长速率高、生长尺寸大，形成的单晶质量高、缺陷少，能够在保证维度调控的目的上尽量缩小晶胞体积，提升结构稳定性、降低应变；晶体进一步生长需要不断吸引吡咯烷盐和金属卤化物分子，因此拥有较强偶极矩的吡咯烷盐分子能够很容易吸引并生长单晶晶体，该过程同时最大程度降低周边杂质分子的进入，因而降低杂相。
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1.一种钙钛矿单晶，其特征在于，所述钙钛矿单晶的分子式为AaObBcXy，其中a的取值范围为1～3的整数；b的取值范围为0～3的整数；c的取值范围为1～3的整数；y的取值范围为1～10的整数；A包括第一卤素取代的有机阳离子；O为氧元素；B包括金属阳离子；X包括第二卤素阴离子。
2.根据权利要求1所述的钙钛矿单晶，其特征在于，所述第一卤素取代的有机阳离子包括3,3-二氟吡咯烷阳离子、3-溴吡咯烷阳离子中的一种或多种；和/或
3.根据权利要求1所述的钙钛矿单晶，其特征在于，所述钙钛矿单晶的分子式包括C7H12F2I3NPb、C16H34F8I8N4OPb2、C7H13BrI3NPb、C16H38Br4I8N4OPb2、C7H12Br2I3NPb、C16H34F8Br8N4OPb2、(C7NH13Br)Br3Pb、(C16H38N4Br4)Br8OPb2、C7H12F2Cl3NPb、C16H34F8Cl8N4OPb2、C7H13BrCl3NPb、C16H38Br4Cl8N4OPb2中的一种或多种。
4.一种钙钛矿单晶的制备方法，其特征在于，包括以下步
5.根据权利要求4所述的钙钛矿单晶的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括第一溶剂和第二溶剂中的一种或多种，所述第一溶剂与所述第二溶剂的偶极矩不同。
6.根据权利要求5所述的钙钛矿单晶的制备方法，其特征在于，所述第一溶剂的偶极矩大于所述第二溶剂，所述第一溶剂的偶极矩为2.61～3.21D，所述第二溶剂的偶极矩为0.95～1.35D。
7.根据权利要求5或6所述的钙钛矿单晶的制备方法，其特征在于，所述第一溶剂包括丙酮，所述第二溶剂包括乙醚；和或
8.根据权利要求4所述的钙钛矿单晶的制备方法，其特征在于，
9.根据权利要求4所述的钙钛矿单晶的制备方法，其特征在于，
10.根据权利要求9所述的钙钛矿单晶的制备方法，其特征在于，
11.一种如权利要求1-3任一项所述的钙钛矿单晶，或包括权利要求4-10任一项所述的钙钛矿单晶制备方法制备的钙钛矿单晶在光电领域的应用，其中所述光电领域包括光探测器、太阳能电池、发光二极管、晶体管中的一种或多种。
...【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿单晶，其特征在于，所述钙钛矿单晶的分子式为aaobbcxy，其中a的取值范围为1～3的整数；b的取值范围为0～3的整数；c的取值范围为1～3的整数；y的取值范围为1～10的整数；a包括第一卤素取代的有机阳离子；o为氧元素；b包括金属阳离子；x包括第二卤素阴离子。
2.根据权利要求1所述的钙钛矿单晶，其特征在于，所述第一卤素取代的有机阳离子包括3,3-二氟吡咯烷阳离子、3-溴吡咯烷阳离子中的一种或多种；和/或
3.根据权利要求1所述的钙钛矿单晶，其特征在于，所述钙钛矿单晶的分子式包括c7h12f2i3npb、c16h34f8i8n4opb2、c7h13bri3npb、c16h38br4i8n4opb2、c7h12br2i3npb、c16h34f8br8n4opb2、(c7nh13br)br3pb、(c16h38n4br4)br8opb2、c7h12f2cl3npb、c16h34f8cl8n4opb2、c7h13brcl3npb、c16h38br4cl8n4opb2中的一种或多种。
4.一种钙钛矿单晶的...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐帆，张俊森，田港旗，韩明月，张梦，李子坤，黄友元，
申请(专利权)人：深圳市贝特瑞新能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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