[发明专利]一种空气稳定的全无机混合卤素钙钛矿纳米线的制备方法

说明书

一种空气稳定的全无机混合卤素钙钛矿纳米线的制备方法，属于新型半导体光电材料领域。通过反溶剂蒸气辅助液相重结晶法制备长径比较大，且晶体质量良好的CsPbBr₃单晶纳米线；然后利用液相离子交换方法，将表面含有CsPbBr₃单晶纳米线的玻璃基板浸入含有相应浓度卤素离子源(如PbCl₂和PbI₂)的溶液中，在一定温度条件下，反应得到不同混合卤素组分的钙钛矿单晶纳米线(CsPbBr_xCl_3‑x和CsPbBr_xI_3‑x)。本发明建立了一种简易、便捷的全无机混合卤素钙钛矿纳米线的方法，制得的CsPbBr₃纳米线具有较大的长径比和较高的晶体质量，且直径普遍小于1μm；经过离子交换得到的CsPbBr_xCl_3‑x和CsPbBr_xI_3‑x能够保持良好的形貌。

技术领域

本发明属于新型半导体光电材料领域，涉及一种空气稳定的全无机混合卤素钙钛矿纳米线制备方法。

背景技术

20世纪80年代，氧化物钙钛矿(ABO₃)材料的兴起曾让凝聚态物理学的发展达到了巅峰：新物理现象层出不穷，不仅促进了凝聚态物理理论与实验技术的快速发展，其衍生出的实际应用同时造福了整个人类社会。时至今日，许多氧化物钙钛矿体系仍然是凝聚态物理学研究的前沿课题。

而近年来，卤素钙钛矿材料作为一类具有优异光学及电学性能的新型钙钛矿半导体材料迅速引起了材料和物理领域的研究人员的广泛关注。卤素钙钛矿材料是一类具有ABX₃化学式的钙钛矿晶体结构材料。其中A位通常为金属离子 K⁺、Rh⁺、Cs⁺等，或有机分子MA⁺(CH³NH³⁺),FA⁺(NH²CHNH²⁺)等；B位多为 Pb²⁺、Sn²⁺、Ge²⁺等；而X位为常见的卤素离子Cl^-、Br^-、I^-。初期有机无机杂化钙钛矿材料研究较多，尤其是在太阳能电池方面取得了较大进展，其PCE已经超过20％。然而有机无机杂化钙钛矿材料对空气中的水分子及氧气非常敏感，在较短时间内，钙钛矿的晶体结构就会被破坏，如何制备稳定的卤素钙钛矿材料也是科研人员需要解决的关键问题之一。近年来，全无机卤素钙钛矿材料在解决稳定性问题上提供了更大的可靠性，多个课题组实现了在空气环境中制备稳定全无机卤素钙钛矿材料。

从钙钛矿晶体结构优势的角度出发，单晶相比于多晶薄膜，减少了因晶界、晶向、界面态等因素带来的复杂性。相比于宏观尺寸的单晶块材，而纳米单晶的尺寸更接近于太阳能电池中活性层的厚度与层中晶粒大小，可以更加真实、准确地反映出器件中材料的自身性质。因此，纳米单晶的制备对于材料内在的物理性质的研究会具有更深的理解。其中，尤其是在全无机卤素钙钛矿单晶纳米线方面，制备晶体质量较高的纳米线，在应用于激光器、光电探测器等方面已经初步取得了优异的性能。