[发明专利]钙钛矿纳米材料、含有其的复合发光材料及其制备方法和应用

说明书

本申请公开了一种钙钛矿纳米材料，其特征在于，所述钙钛矿纳米材料包括γ‑CsPbI₃；所述钙钛矿纳米材料在至少一个维度上的尺寸为2～50nm。以及一种复合发光材料，包括基质和所述钙钛矿纳米材料。解决了钙钛矿量子点/聚合物复合发光材料中红光发射的薄膜稳定性差、量子产率低的问题。

技术领域

本申请涉及一种钙钛矿纳米材料、含有其的复合发光材料及其制备方法和应用，属于材料领域。

背景技术

钙钛矿材料的结构式一般为ABX₃，其中A可以是K⁺、Na⁺、Rb⁺、Cs⁺以及小分子有机阳离子等，B可以是Pb²⁺、Sn²⁺、Ti⁴⁺、Cr³⁺、Bi³⁺等多种元素，X可以由O^2-、Cl^-、Br^-、I^-、S^2-等阴离子组成。钙钛矿结构的材料具备了很多独特的理化性质，比如吸光性、电催化性等等，在化学、物理领域有着广泛的应用。卤素钙钛矿是一类X为卤素(Cl、Br、I)阴离子的钙钛矿结构化合物，其中A可以是小分子有机阳离子，也可以是无机金属阳离子，分别称为有机-无机杂化卤素钙钛矿和全无机卤素钙钛矿。卤素钙钛矿的晶体结构由1个B金属原子和6个X原子构成1个八面体结构，A原子镶嵌在8个八面体两两共用1个X原子形成的立方体结构的中心。卤素钙钛矿材料具有独特的光电半导体特性，其具有合适的带隙、较高的载流子迁移率、很强的缺陷容忍性、较低的浅点缺陷率、较低的晶界复合率和表面复合率，以及由于s-p反键耦合产生的较大的光吸收系数。这些独特的光学和半导体特性使得卤素钙钛矿材料成为太阳能电池中光电转换材料的理想选择。上世纪九十年代，Mitzi的研究组首次对有机-无机杂化钙钛矿材料的光电性能进行了探究，发现其具有良好的电子迁移能力，在太阳能电池上具有潜在的应用价值。2009年，Kojima课题组首次制备出以CH₃HN₃PbX₃(X＝Cl，Br，I)作为光敏材料的染料敏华太阳能电池，其光电转换效率达到了3.8％。将钙钛矿材料在光电领域的研究引入了快车道。目前，被美国国家可再生能源室(NREL)认证的钙钛矿光伏器件效率已经稳步增长到22.1％。

钙钛矿太阳能电池的研究热潮也带动了基于ABX₃铅卤钙钛矿量子点(后文写做钙钛矿量子点)发光材料的迅速发展。与正在产业化过程中的II-VI族量子点相比，钙钛矿量子点具有成本低廉、制备工艺简单、材料毒性低等特点。同时，钙钛矿量子点的发光性能与II-VI族量子点相当甚至更好：发射光谱覆盖整个可见光波长(410-700nm)，荧光量子产率高(90％)，窄发射峰(半峰宽20-50nm)。但是由于钙钛矿材料晶体结构的离子性、配体间的质子交换反应、卤素离子较强的离子迁移能力以及较低的晶体形成能，导致钙钛矿量子点的稳定性较差。能够降低钙钛矿量子点光学性能的外界因素主要有H₂O、O₂、光和热。晶体结构的离子性使得钙钛矿量子点容易被极性溶剂特别是环境中的H₂O降解失去光学性能。O₂与H₂O配合，加速钙钛矿量子点的分解，同时作为光淬灭剂，降低钙钛矿量子点的光学性能。紫外光则使钙钛矿量子点产生受激辐射，激子非辐射复合过程产生的热效应加速了H₂O和O₂与钙钛矿量子点的反应过程，同时产生激子热淬灭，降低钙钛矿量子点的光学性能。