[发明专利]芳香胺构筑的二维双层DJ型钙钛矿及制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种芳香胺构筑的二维双层DJ型钙钛矿材料及制备方法和应用，属于光电探测技术领域。针对目前三维钙钛矿在高工作电压和强辐照状态下运行时由于内部强烈的离子迁移，性能衰减的非常快的问题。本发明在三维结构中引入有机大阳离子形成低维层状钙钛矿材料可以有效的抑制钙钛矿内部的离子迁移，同时合适的无机层数也能保证良好的半导体性能。在二维钙钛矿体系中，DJ型钙钛矿的稳定性和载流子传输性能都要优于RP型，提供了一种高质量的、大体积的多层DJ杂化钙钛矿材料及其商业化应用。

技术领域

本发明属于光电探测技术领域，具体涉及一种芳香胺构筑的二维双层DJ型钙钛矿及制备方法和应用。

背景技术

有机-无机钙钛矿材料因具有高的吸光系数、合适的带隙、优异的半导体传输性能等特性，在光电子器件领域获得了极大的成功。尤其是三维杂化钙钛矿材料在高能射线(X、γ射线)探测领域取得了令人瞩目的成绩。但是目前报道的三维钙钛矿在高工作电压和强辐照状态下运行时由于内部强烈的离子迁移，性能衰减的非常快，严重阻碍了其进一步的发展与应用，是钙钛矿X射线探测器发展中所面临的重大的挑战之一。所以，要改善高性能钙钛矿高能射线探测器的运行稳定性，首先必须降低材料内部的离子迁移。在三维结构中引入有机大阳离子形成低维层状钙钛矿材料可以有效的抑制钙钛矿内部的离子迁移，同时合适的无机层数也能保证良好的半导体性能。在二维钙钛矿体系中，DJ型钙钛矿的稳定性和载流子传输性能都要优于RP型，所以开发一种高质量的、大体积的多层DJ杂化钙钛矿为此类材料的商业化应用提供了可能性。

发明内容

针对目前三维钙钛矿在高工作电压和强辐照状态下运行时由于内部强烈的离子迁移，性能衰减的非常快的问题，本发明提供了一种芳香胺构筑的二维双层DJ型钙钛矿及制备方法和应用。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种芳香胺构筑的二维双层DJ型钙钛矿材料，所述芳香胺构筑的二维双层DJ型杂化钙钛矿材料为(3-氨甲基吡啶)(甲脒)Pb₂I₇晶体材料，其化学式为：C₇H₁₅N₄Pb₂I₇，结构简式为：(3AMPY)FAPb₂I₇；(3AMPY)FAPb₂I₇晶体材料属于单斜晶系，P2₁/c空间群；(3AMPY)FAPb₂I₇晶体材料的晶胞参数为Z＝4,单胞体积为

一种芳香胺构筑的二维双层DJ型钙钛矿的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将一定量Pb(AC)₂·3H₂O溶解在适量的HI水溶液中，再依次加入乙酸甲脒和3-氨甲基吡啶，得到红黑色沉淀。

步骤2，将步骤1得到的红黑色粉末沉淀加热至沸腾后，得到一种黄色的澄清溶液，将该溶液静置并缓慢冷却至室温可生长得到长方形的黑色片状多晶，通过逐步降温法经过数天可以得到大尺寸单晶，该单晶体即为(3AMPY)FAPb₂I₇晶体材料。通过分步合成，首先合成了三维钙钛矿结构的FAPbI₃化合物，进一步引入芳香双胺插入到三维钙钛矿结构的FAPbI₃化合物中，该合成方法有利于制备本专利中的芳香胺构筑的二维双层DJ型钙钛矿材料。与先前RP型和脂肪胺构筑DJ型杂化钙钛矿材料相比，使用芳香双胺和甲脒双阳离子构筑的DJ型杂化钙钛矿不仅改善了此前材料的稳定性(对湿度、对光、对热)，还提高了此类材料用于X-射线探测的灵敏度和检出限。

进一步，所述步骤1中的醋酸铅(Pb(AC)₂·3H₂O)的浓度为0.38g/mmol，乙酸甲脒的浓度为0.104g/mmol，3-氨甲基吡啶的浓度为0.108g/mmol，HI溶液的浓度为45％的HI溶液。