[发明专利]一种无铅钙钛矿Cs2SnBr6晶体材料及制备方法

说明书

本发明提供了一种全无机钙钛矿Cs₂SnBr₆晶体材料及合成方法。本发明利用优化的热注入法，并调控其反应温度、时间、表面配体比例与前驱体(SnBr₄)溶液的浓度，仅利用单一卤素(Br)即可有效调控铯锡溴钙钛矿Cs₂SnBr₆材料具有不同晶体结构与发光光谱，并可以成功地改善锡基钙钛矿材料的光电性能。与此同时，利用金属元素锡代替了有毒元素铅，减少了环境污染。本目标产物在LED、平板显示、太阳能电池等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种无铅钙钛矿Cs₂SnBr₆晶体材料及制备方法，属于半导体纳米材料，光电材料制备技术领域。

背景技术

近年来兴起的卤化物钙钛矿(ABX3)材料具有优异的光致发光和电致发光特性，在太阳能电池、场效应晶体管、LED灯、显示等领域展现了很好的应用前景；国内外的研究团队也竞相加入了钙钛矿研究行列。引人注目的是，在短短5年内，钙钛矿型太阳能电池光电转换效率已超过了20％，这种发展速度是前所未有的。最近几年，铯铅卤化物钙钛矿(CsPbX3，X＝Cl、Br和I)胶体纳米晶体具有优异的光学性质，例如：窄半高宽(FWHM＝12-25nm)、宽广的色域、极高光致发光量子效率(PLQY>90％)，被认为是未来光电应用的优秀候选者，然而，随着研究的进一步加深，许多制约其发展应用的问题也接踵而来。其应用受到铅元素的毒性和稳定性差的阻碍，因此，优化工艺，获得高质量非铅钙钛矿材料任重道远。铅与锡之间相似性为最外部s轨道中的ns²电子构型，因此，无毒锡能够初步代替铅形成无铅的钙钛矿纳米晶体。

发明内容

鉴于现有技术中的问题，本发明提供一种无铅钙钛矿Cs₂SnBr₆晶体材料及制备方法以解决上述问题。因此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种无铅钙钛矿Cs₂SnBr₆晶体材料的制备方法，该制备方法包括：

S1.将铯前驱体溶液热注入到溴化锡前驱体溶液中形成混合溶液，以反应生成钙钛矿晶体，

S2.将该混合溶液进行冰水浴以终止晶体生长，

S3.将该混合溶液进行离心处理以去除杂质、获得钙钛矿Cs₂SnBr₆晶体材料。

较佳的，该步骤S1中，该铯前驱体溶液为油酸铯的长链烷烃溶液，通过如下步骤获得：

将碳酸铯与油酸加入长链烷烃溶剂中，在120℃的真空环境下搅拌1小时以除水除氧；在氮气环境下升温至140℃，持续反应直到碳酸铯完全溶解于该长链烷烃溶剂中。

较佳的，该步骤S1中，该溴化锡前驱体溶液为含有溴化锡、有机配体的长链烷烃溶剂，通过如下步骤获得：

将溴化锡、有机配体加入该长链烷烃溶剂中，并在100℃的真空环境下搅拌3小时以除水除氧后备用。

较佳的，该有机配体为油酸或油胺。

较佳的，该长链烷烃溶剂为十八烯、十八烷烃或十六烷烃。

较佳的，步骤S1具体包括：将该溴化锡前驱体溶液在氮气环境下加热升温至热注入法合成温度，将该铯前驱体溶液快速注入该溴化锡前驱体溶液形成混合溶液并反应第一时间；

步骤S2具体包括：在该第一时间后，将该混合溶液冰水浴冷却至冰水浴温度。

较佳的，该热注入合成温度为180～240℃，该第一时间为30秒至30分钟，该冰水浴温度为20℃。

较佳的，该溴化锡前驱体溶液中溴化锡的浓度范围为0.18～0.36mmol/7mL，调整该溴化锡前驱体溶液的浓度，以调整该钙钛矿晶体的发光光谱。