[发明专利]一种诱导A位混合阳离子碘基钙钛矿单晶有序生长的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种诱导A位混合阳离子碘基钙钛矿单晶有序生长的制备方法及其应用。针对结构通式为APbI₃型的A位混合阳离子碘基钙钛矿单晶，通过将碱土金属甲酸盐作为诱导剂引入到A位混合阳离子碘基钙钛矿单晶生长的前驱体溶液中，碱土金属离子对Pb²⁺空位进行钝化来提高B位空位的形成能，与此同时甲酸离子还原碘单质来提高X位碘空位形成能，进而诱导混合A位阳离子的有序排列，大幅提高晶体结构的有序性，最终获得高质量的A位混合阳离子碘基钙钛矿单晶。本发明还提供了一种由上述方法制备的A位混合阳离子碘基钙钛矿单晶在半导体光电器件中的应用，所述光电器件包括太阳能电池、X射线探测器及可见光探测器等光电器件的任意一种。

技术领域

本发明属于钙钛矿材料技术领域，具体涉及一种高结晶质量的A位混合阳离子钙钛矿单晶的制备方法及其在光电器件中的应用。

背景技术

在过去的十年里，有机-无机卤化铅三维钙钛矿材料(ABX₃，A位为Rb⁺、Cs⁺、甲胺阳离子和甲脒阳离子中的任意一种或多种混合，B位主要为Pb²⁺阳离子，X位为I^-、Br^-、Cl^-卤素中的一种或两种混合)得到了迅速的发展。有机-无机卤化铅钙钛矿具有良好的光吸收性能和独特的长载流子动力学特性。相较于多晶薄膜材料，没有晶界的单晶钙钛矿材料具有更长的载流子寿命、更高的载流子迁移率和改善的稳定性，是一种极具发展前景的光电材料。这些优越的性能使卤化钙钛矿材料在太阳能电池、发光二极管、光电探测器、激光等方面得到了广泛的应用。为了进一步发掘它们的潜力，应该深入研究它们的固有特性。高质量单晶揭示这些材料独特光电特性。

目前MAPbX₃(MA⁺为甲胺阳离子CH₃NH₃⁺，X＝I^-、Br^-、Cl^-)型单晶钙钛矿材料研究最为广泛，尤其是MAPbI₃具有很好的光吸收性能，但由于甲胺的热稳定性差，易挥发并导致钙钛矿分解，甲胺基钙钛矿材料稳定性差的弱点阻碍了其进一步的应用与研究。为了获得高稳定性材料体系，采用甲脒阳离子CH(NH₂)₂⁺(FA⁺)和Cs⁺离子混合双阳离子组成的CsFAPbI₃钙钛矿或者混合三阳离子组成的RbCsFAPbI₃可形成稳定的立方相，是一种提高三维钙钛矿单晶热稳定性的有效方案。但A位混合阳离子碘基钙钛矿单晶材料结晶性能较差，其主要原因是混合A位阳离子的无序排列，导致晶格中出现微应力，进而在晶格中产生大量点缺陷(空位)，而碘离子的易氧化的特点更加加剧了缺陷的生成，使得此类钙钛矿材料具有高的缺陷态密度，最终极大降低了混合A位阳离子钙钛矿单晶材料的结晶度，从而直接影响其器件的光电性能。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种可同时修饰B位Pb²⁺阳离子和碘空位，进而诱导A位混合阳离子碘基钙钛矿单晶有序生长的方法，获得一种高质量且高稳定性的碘基钙钛矿单晶，并将其应用于光电器件中。