[发明专利]一种钙钛矿晶体纳米线的制备方法

说明书

本发明公开了一种钙钛矿晶体纳米线的制备方法,先合成钙钛矿纳米颗粒，并将其溶解在有机溶剂中，并搅拌均匀，将溶液滴加到80～150℃的基板上使溶剂快速蒸发，使钙钛矿纳米颗粒均匀附着在基板上，然后将该基板置于封闭的培养皿中，使钙钛矿纳米颗粒暴露在良溶剂的饱和蒸气压环境中，在10～50℃下培养1~15天，钙钛矿晶体将沿着一维方向生长，从而得到纳米线材料。本方法包括在高温下溶剂蒸发时纳米晶体的迅速析出过程，以及在饱和蒸气压下培养皿中发生的纳米晶体的自组装过程。钙钛矿纳米线的大小随培养时间、基板材料的亲疏水性和培养温度的改变而改变。

技术领域

本发明属于光电信息材料领域，涉及一种钙钛矿晶体，具体来说是一种钙钛矿晶体纳米线的制备方法。

背景技术

钙钛矿是指与CaTiO₃有相似晶体结构的化合物，将该类物质统称为钙钛矿。近年来，继敏化染料太阳能电池发展之后，无机/有机钙钛矿由于其逐渐提高的太阳能转化效率成为研究热点之一。这种钙钛矿用通式ABX₃表示，其中A、B与X分别表示中心阳离子、金属阳离子与卤素阴离子，现在中心阳离子多为FA((CH(NH)₂) ²⁺)、MA(CH₃NH³⁺)和Cs⁺等，金属阳离子为Pb²⁺与Sn²⁺，卤族阴离子为氯(Cl^-)、溴(Br^-)和碘(I^-)。基于这种复合材料的钙钛矿太阳能电池的转化效率已经从2009年的3.81%到2016年的22.1%。除了太阳能电池之外，钙钛矿材料还逐渐开发应用到电致发光（发光二极管，LED）、产生激光、光电探测等领域。

最初，钙钛矿材料(MAPbX₃)由于其较高的吸收系数、较长的平均自由程和较低的电子-空穴复合率，很适合用于太阳能的吸收和之后正负电荷分离，后来的实验也证明确实如此，从2009年的3.81%的效率发展到2016年的22.1%。而有机/无机的复合材料其稳定性较差，氧气、水蒸气、光照等都会使钙钛矿材料的性能产生不同程度的降低。纯无机的CsPbX₃其稳定性有较大提升；其光致发光效率很高，量子产率可达90%以上；而且，其色域很广，超过了NTSC色彩标准。所以，很多研究用它制作了LED，实现了其在发光领域方面的应用。钙钛矿在光学方面的一大优势在于其吸收和发光中心位置可以通过调节卤素的比例来实现，例如量子点发光的中心波长位置CsPbI₃@682nm，CsPbIBr₂@568nm，CsPbBr₃@506nm，CsPbClBr₂@474nm，CsPbCl₂Br@442nm，CsPbCl₃@410nm，利用此性质可以拓展其在发光器件方面的应用。钙钛矿另外一种光学领域的应用就是产生激光，无论是有机/无机的复合材料（MAPbX₃）,还是CsPbX₃都有报道产生了激光辐射，而且激光中心波长也可以通过卤素比例可调，最小激发能量阈值为220nJ/cm²，Q值可达3600。

钙钛矿晶体材料的制备方法是一个重要研究课题，其中包括三维块体材料生长，二维薄膜制备，一维纳米线制备和零维量子点制备。其中，一维纳米线由于出射激光的应用尤其引人注意。目前钙钛矿纳米线的制备方法主要有（1）一步法，例如，将碘化铅和碘化甲胺溶于二甲基甲酰胺，然后将溶剂慢慢恢复，形成MAPbI₃的纳米线，这种方法简单，成线数量多，但成线质量不高；（2）两步法，例如先均匀分散醋酸铅，再置于碘化甲胺的溶液中生长，最终长成MAPbI₃纳米线，或者先分布碘化铅再用易于成线的属性进行材料生长，将涂有碘化铅的基板放入溴化铯/氯化铯的甲醇溶液中进行材料生长。这种方法使用原料多，生长出的纳米线多，且难分离使用。目前钙钛矿纳米线制备的一个主要目标是获得分散的，高质量的晶体样品，样品界面清洁，缺陷少。

发明内容