[发明专利]一种具有(110)取向的非铅钙钛矿单晶的制备方法

说明书

本发明提供一种具有(110)取向的非铅钙钛矿单晶的制备方法，包括如下步骤：步骤S1：将CH₃NH₃X、BiX₃和丁胺阳离子源溶于溶剂中，制成单晶生长液；步骤S2：蒸发所述单晶生长液中的溶剂，在单晶生长液底部结晶生长得到所述非铅钙钛矿单晶(CH₃NH₃)₃Bi₂X₉；其中X为I、Br、Cl中的一种或多种。本发明以丁胺阳离子源为添加剂从而实现(CH₃NH₃)₃Bi₂X₉单晶晶面取向的可控，很容易得到(110)取向、形状规则、质量高的(CH₃NH₃)₃Bi₂X₉钙钛矿单晶。

技术领域

本发明涉及半导体光电技术领域，特别涉及一种非铅钙钛矿单晶的制备方法。

背景技术

有机无机杂化钙钛矿材料由于其优异的光电子学特性成为近年来材料科学研究热点，在太阳能电池、发光二极管和光电检测器等领域已有诸多成功应用。钙钛矿太阳能电池在短短7年间光电转换效率突破25％，媲美已有40多年发展历程的传统晶硅太阳电池，伴随性能研究的深入，铅基钙钛矿材料存在诸如有毒、稳定性差等问题，严重制约其未来的商业化推广使用。相比于铅，铋元素是一种相对环保的“绿色元素”，且铋基卤化物钙钛矿能够形成带隙～2.0eV的类钙钛矿结构的材料，满足光电领域技术需求，尤其是在X射线探测器的应用中极具潜力。

另一方面，单晶体系可以有效的排除钙钛矿多晶薄膜中复杂的晶界、界面及界面材料对性能的影响，可以反映钙钛矿材料本征的光电物性。非铅钙钛矿单晶在科研和商业化运用中的潜在价值高。

同时，近年来关于钙钛矿单晶材料的器件性能与单晶材料尺寸和形貌依赖关系的研究逐渐增多，研究表明钙钛矿单晶晶体取向和暴露晶面直接关系到所获得器件的质量与光电性能表现。

现有需求及本发明专利应用前景：据我们了解，目前还没有关于铋基钙钛矿单晶或多晶材料取向控制的报道。然而，单晶中特定晶面的优异性能不仅无法从随机取向的多晶薄膜获得，甚至无法利用多晶薄膜进行提取。因此，如何合成出具有特定取向的钙钛矿单晶成为深入研究各向异性的光电性能的难点。通常情况下，甲胺铋基卤化物钙钛矿单晶自然生长暴露面以(001)面为主，本发明基于添加剂策略对铋基单晶取向进行调控，丰富了该类单晶的取向。

发明内容

针对背景技术存在的问题，本发明提供一种非铅钙钛矿单晶的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种具有(110)取向的非铅钙钛矿单晶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：将CH₃NH₃X、BiX₃和丁胺阳离子源(Butylamine cation,BA⁺)溶于溶剂中，制成单晶生长液；

步骤S2：蒸发所述单晶生长液中的溶剂，在单晶生长液底部结晶生长得到所述非铅钙钛矿单晶(CH₃NH₃)₃Bi₂X₉；其中X为I、Br、Cl中的一种或多种。

进一步，步骤S1中，所述溶剂为γ-丁内酯、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或多种。

进一步，步骤S1中，所述丁胺阳离子源为有机胺氢卤酸盐或有机胺中的一种或多种；其中有机胺氢卤酸盐所含的卤族元素与所述X相同。

再进一步，所述有机胺氢卤酸盐为丁胺氢卤酸盐，其中丁胺氢卤酸盐所含的卤族元素与所述X相同；所述有机胺为正丁胺。