[发明专利]一种无机非铅铯铋卤Cs3

说明书

本发明提出了一种无机非铅铯铋卤Cs₃Bi₂X₉钙钛矿微米盘及其合成方法，合成方法包括以下步骤：(1)对衬底进行清洗处理；(2)配制CsX和BiX₃的混合粉末，X＝Cl、Br或I；(3)将清洗好的衬底和配制好的混合粉末放入双温区水平管式炉中；(4)设定水平管式炉的温度、保温时间和压强；(5)通入高纯氩气作为载气，制得Cs₃Bi₂X₉钙钛矿微米盘。本发明得到的Cs₃Bi₂X₉微米盘形状规则，结晶特性良好，稳定性高，解决了传统铅基钙钛矿材料的毒性以及在大气环境下容易分解的难题，可应用于新型光电器件的制备。

技术领域

本发明属于光电材料制备领域，具体涉及一种无机非铅铯铋卤Cs₃Bi₂X₉钙钛矿微米盘及其合成方法。

背景技术

近年来，金属卤化物钙钛矿材料因其优良的光电特性在新型光电器件领域开始引起人们的广泛关注，包括太阳能电池、发光二极管、激光器和光电探测器等。该材料的化学通式为ABX₃，其中A为甲基铵(CH₃NH₃，MA)，甲脒 (CH(NH₂)₂，FA)或金属Cs；B通常为金属Pb；X为Cl，Br或I。然而，有机-无机杂化的钙钛矿体系(MAPbX₃、FAPbX₃)具有较差的稳定性，对环境水、氧和热非常敏感，导致原材料储存以及器件制备均需在惰性气体保护下进行，并且实际应用时对封装工艺的要求更为苛刻。同时，铅基钙钛矿对环境的污染也不利于大规模产业化应用。因此，寻找稳定性更优且环境友好的钙钛矿体系材料是解决其商业化应用的关键，也是目前亟待解决的科学和技术问题。

目前，已报道的无铅体系钙钛矿材料的制备以Sn元素掺杂为主，且在太阳能电池和发光二极管上已有应用(W.Zhu,G.Q.Xin,Y.P.Wang,X.Min,T.Yao, W.Xu,M.H.Fang,S.F.Shi,J.Shi,and J.Lian,J.Mater.Chem.A 6,2577(2018)； F.Yuan,J.Xi,H.Dong,K.Xi,W.W.Zhang,C.X.Ran,B.Jiao,X.Hou,A.K.Y. Jen,and Z.X.Wu,Phys.Status SolidiRRL 12,1870315(2018))，但是CsSnX₃钙钛矿并不稳定，Sn²⁺极易氧化物Sn⁴⁺，从而在钙钛矿层内引入新的结构缺陷，严重影响了器件的性能。近期，基于金属Bi的无机非铅钙钛矿(Cs₃Bi₂X₉)量子点体系材料先后被报道(Y.B.Lou,M.Y.Fang,J.X.Chen,and Y.X.Zhao,Chem.Commun.54,3779(2018)；B.Yang,J.S.Chen,F.Hong,X.Mao,K.B. Zheng,S.Q.Yang,Y.Li,T.Pullerits,W.Q.Deng,and K.L.Han,Angew.Chem. Int.Ed.56,12471(2017))，该材料具有优良的光学特性，且在环境水、氧和热条件下仍然保持其结构、光学和电学特征，并已在白光发光二极管中得到应用。

然而，Cs₃Bi₂X₉量子点材料在器件应用时需要以溶液状态旋涂成膜，由于单个量子点较小的尺寸，所获得Cs₃Bi₂X₉量子点薄膜往往具有较高的缺陷密度，且成膜的连续性较差，同时，薄膜内部大量晶界的存在也会明显降低材料的稳定性，从而严重影响所制备器件在实际使用过程中的寿命。