[发明专利]一种掺杂卤化金属盐的无铅双钙钛矿型单晶及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种掺杂卤化金属盐的无铅双钙钛矿型单晶及其制备方法应用。所述掺杂卤化金属盐的无铅双钙钛矿单晶，结构式为Cs₂B^ⅠB^Ⅲ_1‑nB’^Ⅲ_nX₆，其中B^I为Ag或Na，B^III为Bi、Sb或In，B’^Ⅲ为Fe，X为Cl或Br，0＜n≤1。所述掺杂卤化金属盐的无铅双钙钛矿型单晶是在Cs₂B^ⅠB^ⅢX₆钙钛矿生长单晶的溶液中添加卤化金属盐制备而成。该类卤化金属盐掺杂材料可以调节Cs₂B^ⅠB^Ⅲ_1‑nB’^Ⅲ_nX₆单晶吸收边带，同时，也能有效的改善单晶内部的缺陷态密度，使单晶的性能有了显著的提高。

技术领域

本发明属于钙钛矿单晶掺杂领域，具体涉及一种掺杂卤化金属盐的无铅双钙钛矿型单晶及其制备方法与应用。

背景技术

具有钙钛矿晶体结构卤化铅半导体，其化学通式为APbX₃，其中A为甲胺(MA)，甲脒(FA)或Cs，X为Cl，Br或I，这类钙钛矿半导体材料因其具有优异的光学和电子特性，包括高光吸收系数、直接带隙、长载流子扩散长度、高载流子迁移率成为目前最受研究的光电子材料。其在光伏技术应用中作为吸收层展现出前所未有的光电性能，目前认证的光电转换效率高达23.2％。尽管铅(Pb)基卤化钙钛矿具有这些优异的性能，但基于铅的卤化钙钛矿光电探测器在商业化大规模生产上存在两个主要问题，即铅的高毒性和内在的不稳定性。如果铅(Pb)可以被取代，并且它们的卓越性能可以保留下来，那可以解决钙钛矿中铅带来的问题。

钙钛矿在300-800nm的宽波长范围内具有大的光吸收系数，通过掺杂调整钙钛矿材料的光吸收波长范围，调整带隙及缺陷态密度，这些特性强烈表明，通过对传统双钙钛矿单晶掺杂卤化金属盐是提高双钙钛矿单晶光电性能的一种有效途径。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种掺杂卤化金属盐的无铅双钙钛矿型单晶。

本发明的另一目的在于提供上述一种掺杂卤化金属盐的无铅双钙钛矿型单晶的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述一种掺杂卤化金属盐的无铅双钙钛矿型单晶在光电探测器领域中的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种掺杂卤化金属盐的无铅双钙钛矿型单晶，结构式为Cs₂B^ⅠB^Ⅲ_1-nB’^Ⅲ_nX₆，其中B^I为Ag或Na，B^III为Bi、Sb或In，B’^Ⅲ为Fe，X为Cl或Br，0＜n≤1。

优选地，所述n为0.01～0.1，优选为0.1～0.2。

上述一种掺杂卤化金属盐的无铅双钙钛矿型单晶的制备方法，包括以下步骤：

(1)将溶质CsX：B^ⅠX：B^ⅢX₃：B’^ⅢX₃以摩尔比为2：1：(1-n)：n溶解在氢卤酸溶液中，形成钙钛矿前驱体溶液；