[发明专利]一种全无机无铅钙钛矿材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及发光材料技术领域，尤其涉及一种全无机无铅钙钛矿材料及其制备方法与应用。本发明公开了一种全无机无铅钙钛矿发光材料，该材料属于零维钙钛矿，呈红色发射，突破了目前没有关于锰基零维钙钛矿的研究的限制。同时具有优异的热稳定性，并在连续紫外光照下发光强度呈上升的趋势。

技术领域

本发明涉及发光材料技术领域，尤其涉及一种全无机无铅钙钛矿材料及其制备方法与应用。

背景技术

卤化铅钙钛矿材料作为一种光伏吸收体近年来得到了深入的研究。最近由于其在发光应用方面的巨大潜力引起了人们的关注，主要原因是其具有出色的内在特性，包括易加工(薄膜可由低温溶液法制成)，高光致发光量子产率(PLQY,≈90％),双极载流子传输，窄半高宽(FWHM＝12-25nm)和宽色域(≈150)。然而，铅的毒性和卤化铅钙钛矿的稳定性差依然是限制其进一步发展的主要困难。众所周知当铅在人体内积累到一定量会对智力造成损伤，钙钛矿在水中的高溶解度使其严重的威胁到了当地的生态系统，因此需要开发无毒且具有高稳定性的钙钛矿。已经报道一些工作用Sn²⁺,Bi³⁺,Sb³⁺，Ge²⁺和Cu²⁺这些具有与铅类似的电子构型和原子半径的元素来取代Pb²⁺,从而形成 CsSnX₃,Cs₃Sb₂X₉,Cs₃Bi₂X₉,CsGeX₃和CsCuX₃等化合物。在具有不同晶体结构的无铅钙钛矿中由于孤立的金属八面体与周围的阳离子没有连接从而导致强激子限域，大激子结合能和低载流子移动性，故可以产生独特的光学特性。0 维钙钛矿中的孤立晶体单元还会导致晶格变形产生自限激子，其发光特点是具有大斯托克斯位移的宽带发射。但是无铅0维钙钛矿中发射波长的调节依然是一个挑战，目前颜色调节范围十分有限，如在0维Cs₄SnBr₆和 A₂InCl₅(H₂O)(A＝Rb,Cs)无铅钙钛矿纳米晶中实现了PLQY接近90％的绿色发射，与此同时在Cs₃Cu₂I₅纳米晶中实现了PLQY达87％的蓝色发射，与此同时在Cs3Cu2I5纳米晶中实现了PLQY达87％的蓝色发射。截止目前为止，还没有关于白色的0维钙钛矿的报道。

已经报道了几种无铅卤化物钙钛矿如C_sSnX₃(X＝Cl,Br,I),MA₃Bi₂X₉和 Cs₃Sb₂X₉,但这些材料几乎没有表现出十分令人满意的发光性能和稳定性。锡 (Sn)由于具有和铅相似的离子半径和价位配置，是第一个成功取代铅的无铅钙钛矿候选物，但由于锡及其容易从Sn²⁺氧化成Sn⁴⁺，故锡基钙钛矿在环境中会迅速降解。双钙钛矿(A₂M⁺M³⁺X₆)和层状钙钛矿(A₃M³⁺₂X₉)是另外两种类型的无铅钙钛矿。但是双钙钛矿Cs2AgBiX6(X＝Cl,Br)由于具有间接带隙发射强度很低。