[发明专利]一种二维双层有机-无机杂化钙钛矿半导体晶体及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种二维双层有机‑无机杂化钙钛矿半导体晶体、制备方法和用途，所述的无机‑有机杂化半导体材料的化学式为(NH₃CH₂CH₂CH₂NH₂CH₃)(Cs)Pb₂Br₇。本发明的二维双层有机‑无机杂化钙钛矿半导体晶体制备成平面光电导探测器可实现对本征吸收光谱的高灵敏度探测。利用波长为405nm的激光照射采用本发明单晶制备的晶体探测器件，测试其光电响应，入射光的功率密度为10.2mW/cm²时，该晶体探测器件表现出明显的光电导效应I_ph＝17nA，该结果表明该材料用作光电导探测器件具有潜在的应用价值。

技术领域

本发明属于功能晶体材料领域中的人工晶体材料领域，具体涉及一种二维双层有机-无机杂化钙钛矿半导体晶体及其制备方法和用途。

背景技术

三维(3D)有机-无机杂化钙钛矿的结构通式为ABX₃，A是一价阳离子，如Cs⁺、甲铵离子(MA)、甲脒离子(FA)；而B是二价金属，如Pb²⁺、Sn²⁺等；X是卤素(Cl、Br或I)。从结构上来讲，3DABX₃是BX₆八面体通过顶点共享向三个方向无限延伸的网络，A位有机阳离子填充在由相邻BX₆八面体组成的空隙当中，起到平衡电荷、稳定结构的作用。为了使3D结构稳定，A位有机阳离子的尺寸需在一定范围内，它们的选择受到Goldschmidt容忍因子(t)的限制，因此3D的ABX₃结构具有相当严格的结构约束，通过改变组分特别是A的离子大小可以实现卓越的结构可调性得到二维(2D)，一维(1D)，乃至零维(0D)结构。对于组分相同的无机有机杂化钙钛矿，从3D到0D其带隙逐渐变宽。对于二维多层无机有机杂化钙钛矿，其Eg随着无机层厚度的增加而减小。如(C₄H₉NH₃)₂(MA)_n-1Sn_nI_3n+1,随着n增加，其从1.98eV(n＝1)减小到1.2eV(n＝∞)。更为重要的是，2D的无机有机杂化钙钛矿不受容忍因子的限制，可以容纳各种各样的阳离子，有机阳离子的分子动力学为对称破坏和电极的产生提供了驱动力。因此，2D无机有机杂化钙钛矿是设计具有优越半导体性质的理想体系。

发明内容

本发明提供一种二维双层有机-无机杂化钙钛矿半导体晶体、制备方法和用途，本发明的二维双层有机-无机杂化钙钛矿半导体晶体制成平面光电导探测器可实现对本征吸收光谱的高灵敏度探测。

本发明的技术方案如下：

方案一)

一种二维双层有机-无机杂化钙钛矿半导体晶体，所述的无机-有机杂化半导体材料的化学式为(NH₃CH₂CH₂CH₂NH₂CH₃)(Cs)Pb₂Br₇。

所述的二维双层有机-无机杂化钙钛矿半导体晶体属于三斜晶系，空间群为P1。

所述晶体的晶胞参数为：α＝96.815(18)°，β＝95.416(16)°，γ＝90.271(19)°，Z＝2。

方案二)

一种有机-无机杂化双钙钛矿半导体晶体的制备方法，包括以下步骤：

称取氮甲基-1,3-丙二胺、碳酸铯、氧化铅并置于烧杯中，再向烧杯中加入HBr水溶液，加热到126～130℃并搅拌至得到黄色澄清溶液；