[发明专利]一种锡掺杂三元金属卤化物材料及制备方法

说明书

本发明的一种锡掺杂三元金属卤化物材料及制备方法属于钙钛矿晶体材料制备技术领域。制备步骤包括在搅拌下，向ZnCl₂的DMF溶液中，缓慢滴加KCl的DMF溶液，向体系中加入氯化亚锡、浓盐酸、次磷酸、柠檬酸钠，密封加热至120～200℃，维持5小时，10～36h程序降温至室温退火后洗涤，将晶体浸入至聚乙烯醇的乙醇溶液中，取出后烘干，冷却处理1h～3h后，得到高纯度、荧光效率增强的K₂ZnCl₄：Sn晶体。本发明通过水热法成功生长出了K₂ZnCl₄：Sn的晶体，在302nm激发下显示出强橙红光发射，且具有无铅无铬、高量子效率和环境稳定性的优点。

技术领域

本发明属于钙钛矿晶体材料制备技术领域，具体涉及一种通过掺杂Sn显著提高K₂ZnCl₄量子效率，合成K₂ZnCl₄：Sn橙红色荧光材料的方法。

背景技术

可再生能源包括太阳能、水能、风能、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能、地热能等。这些能源在自然界可循环再生，取之不尽，用之不竭。近些年来，温室效应的增强和气候的剧烈变化使得人们对可再生能源的发展越来越剧烈。分子式为ABX₃型铅基卤化物钙钛矿由于具有优异的光电性能，窄带隙，转换效率高等优点已经成为了新一代太阳能电池的研究热点。但元素铅属于高毒性元素，对水生生物及环境会造成不可逆的伤害，严重威胁着人类和动物的健康。同时在长时间工作运行时，铅基钙钛矿中的铅容易氧化而使碘挥发，其不稳定性也大大限制了其在实际中的应用。

由于钙钛矿材料对于太阳能电池，发光等领域的重要作用，人们萌生了利用其他元素来替换元素铅从而消除其毒性对环境的影响。1979年，研究人员通过高温加热挥发混合溶液的方法首次获得了K₂ZnCl₄这种物质，在随后的研究中指出，K₂ZnCl₄发光效率很低，肉眼几乎不可见，这使得该物质在电致发光、WLED等领域的实际应用方面大打折扣。相比较于具有良好发光性质的三元铅基卤化物钙钛矿，K₂ZnCl₄具有无铅无毒，且原料储量丰富，低价易获取等诸多优点，所以制备出具有高荧光效率的K₂ZnCl₄对于实际应用具有重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服背景技术存在的问题，提供一种操作简便、显著提高荧光性质、合成K₂ZnCl₄：Sn橙红色荧光材料的方法。

本发明的技术问题通过以下技术方案解决：

一种锡掺杂三元金属卤化物材料，是Sn掺杂的K₂ZnCl₄钙钛矿，Sn的掺杂量按质量计是Zn的10％。

一种锡掺杂三元金属卤化物材料的制备方法，首先按照2:1的摩尔比称取KCl，ZnCl₂粉末分别置于两个烧杯中，向两个烧杯中分别加入DMF溶液，加热至80度得到澄清透明溶液，在搅拌下，向ZnCl₂的DMF溶液中，缓慢滴加KCl的DMF溶液，此时立即析出粉末，而后将粉末转移至水热反应釜中，按照每mmol氯化锌加入0.2mol氯化亚锡、2～7ml浓盐酸、30～100微升次磷酸，0.1mmol柠檬酸钠，将密封的反应釜加热3小时至120～200℃，维持5小时，最后通过10～36h程序降温至室温，室温退火后，利用异丙醇洗涤晶体2～3次后，将晶体浸入至聚乙烯醇的乙醇溶液中，放置30秒后立即取出，在90摄氏度下烘干20min，最后将晶体在-10℃～-35℃冷却处理1h～3h后，得到高纯度、荧光效率增强的K₂ZnCl₄：Sn晶体。

在本发明的一种锡掺杂三元金属卤化物材料的制备方法中，为了提高荧光效率，每mmol氯化锌优选使用50微升次磷酸。