[发明专利]一种钙钛矿单晶的制备方法

说明书

本发明公开了一种钙钛矿单晶的制备方法，包括取第一卤化物和第二卤化物混合，并用极性溶剂搅拌溶解，制得钙钛矿溶液，第一卤化物、第二卤化物和极性溶剂的质量比要求使钙钛矿溶液过饱和；将钙钛矿溶液进行过滤处理；将所述进行过滤处理的钙钛矿溶液置于疏水容器中，加热析出钙钛矿单晶。本发明中选择疏水材料作为钙钛矿单晶的生长容器，由于疏水容器壁的疏水性，疏水容器壁上生成的晶核数急剧减少，长出的单晶数量相对减少，单位时间内长出的晶体更大，碎晶的数量减少，溶液利用率得到提升，晶体质量显著提高。

技术领域

本发明属于光电材料及单晶制备领域，更具体地，涉及一种钙钛矿单晶的制备方法。

背景技术

在最近的几年里，新型钙钛矿材料，在光伏、发光、激光、光电探测等领域展现出极大的应用价值，成为国际上材料研究的热点之一。

当晶体内部的微粒在三维空间呈有规律、周期性地排列，或者说晶体的整体在三维方向上由同一空间格子构成，整个晶体中质点在空间的排列为长程有序时，即可称此晶体为单晶。

相较于钙钛矿的多晶薄膜，钙钛矿单晶展示了更佳的热稳定性、更宽的光吸收范围、更低的空穴浓度以及更高的载流子迁移率。可以预期采用单晶钙钛矿太阳能电池可以获得更好的光电转换效率；同时由于晶体的完整性和较少的缺陷，单晶器件也具有更佳的稳定性。

目前，钙钛矿单晶的制备方法主要包括反溶剂法、降温析晶法、升温析晶法、顶部籽晶溶液生长法、缓慢蒸发溶剂法、布里奇曼法等，其中升温析晶法以设备简单、生长速度快、操作简易等特点获得广泛使用。2015年，由中科院大连化物所刘生忠研究员带领的团队与陕西师大合作，利用升温析晶法，首次制备出超大尺寸单晶钙钛矿CH₃NH₃PBI₃，但其单晶需大量溶液反复生长，生长大单晶时间较长，质量会略有下降。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种钙钛矿单晶的制备方法，旨在解决现有的钙钛矿单晶制备方法中晶核数量较多导致制备钙钛矿单晶耗时长、质量低以及溶液利用率低的技术问题。

本发明所提供的一种钙钛矿单晶的制备方法，钙钛矿的分子式为ABX₃，包括如下步骤：

(1)取第一卤化物和第二卤化物混合，并用极性溶剂搅拌溶解，制得钙钛矿溶液，第一卤化物、第二卤化物和极性溶剂的质量比要求使钙钛矿溶液浓度接近饱和；

(2)将钙钛矿溶液进行过滤处理；

(3)将所述进行过滤处理的钙钛矿溶液置于疏水容器中，加热析出钙钛矿单晶，疏水容器壁上晶核数量降低，使得钙钛矿单晶的单位生长率提高；

所述第一卤化物的分子式为AX，所述第二卤化物分子式为BX₂；A为甲基胺(CH₃NH₃)、铯(Cs)、甲脒(NH₂CH＝NH₂)中一种或任意两种的混合物或三种的混合物；B为铅(Pb)、锡(Sn)；X可为碘(I)、溴(Br)、氯(Cl)中一种或任意两种的混合物或三种的混合物，第一混合物的摩尔数与X的摩尔数之比为1:1，第二混合物的摩尔数与X的摩尔数之比为1:2，第一混合物是指由甲基胺、铯、甲脒任意两种或三种的构成的混合物，第二混合物是指由碘、溴、氯任意两种或三种的构成的混合物。

当溶液达到过饱和，晶核主要依托于钙钛矿溶液中的杂质、气泡和容器壁生成，当采用疏水容器，由于疏水容器壁的疏水性，疏水容器壁上生成的晶核数急剧减少，长出的单晶数量相对减少，单位时间内长出的晶体更大，碎晶数量减少，溶液利用率得到提升，晶体质量显著提高。

进一步地，步骤(3)前还包括清洗疏水容器，去除疏水容器中的杂质，能够减少晶核生成数量。

进一步地，步骤(3)用去离子水、丙酮、异丙醇和去离子水依次清洗疏水容器，再用氮气枪吹干。