[发明专利]一种锡基钙钛矿单晶的生长方法

说明书

本发明公开一种锡基钙钛矿单晶的生长方法，所述钙钛矿单晶的化学式是ASnI₃，其中A为甲胺(MA)和甲醚(FA)中的一种或两种。本发明通过发现了ASnI₃在γ‑丁内酯(GBL)中溶解度随温度的奇特变化，利用升温结晶成功生长出ASnI₃钙钛矿单晶。利用本发明的方法可以在较短时间内生长出ASnI₃钙钛矿单晶，所制备ASnI₃钙钛矿单晶具有优秀的结晶度和光学性质。

技术领域

本发明属于钙钛矿单晶技术领域，具体涉及一种锡基钙钛矿单晶的生长方法。

背景技术

近几年钙钛矿材料在光伏、发光、光探测器等领域展现出极大的应用价值，是目前最为热门的研究方向。与钙钛矿多晶薄膜相比，钙钛矿单晶表现出更为优异的热稳定性，更宽的光吸收范围和更高的载流子迁移率。目前采用铅基钙钛矿单晶所制备的太阳能电池的功率转换效率已经超过了20％。由于单晶的完整性和较少的缺陷，使得单晶器件具有更为优秀的稳定性。因此，单晶器件在光电领域具有巨大的潜力。

目前，钙钛矿单晶的制备方法主要是降温结晶法、反溶剂法、升温结晶法、顶部籽晶溶液生长法、缓慢蒸发溶剂法。升温结晶法以操作简单、生长速度快、晶体质量好等特点被广泛应用于钙钛矿单晶的制备。MASnI₃和FASnI₃钙钛矿材料拥有优异的光电性能，其制备工艺简单，具有合适的吸收带隙，较长的载流子扩散长度以及较低的缺陷态密度等优势。采用MASnI₃和FASnI₃制备的钙钛矿太阳能电池已经获得了较高的功率转换效率，但含锡钙钛矿易氧化的性质导致了较差的稳定性。因此在太阳能电池制备过程中改用含锡钙钛矿单晶可以改善这一特性。但是对于锡基钙钛矿来说，几乎没有升温结晶的相关研究，这非常不利于锡基钙钛矿单晶的制备及其应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种ASnI₃钙钛矿单晶的生长方法，该方法解决了ASnI₃钙钛矿单晶升温结晶生长的技术问题，可以快速的生长出高质量的ASnI₃钙钛矿单晶。

本发明采用的技术方案如下：

一种ASnI₃钙钛矿单晶的生长方法，制备方法如下：

在惰性气体下，将等摩尔比的氢碘酸盐和二碘化锡(SnI₂)放入试剂瓶混合后加入γ-丁内酯(GBL)中配制成钙钛矿前驱体溶液，其中氢碘酸盐为甲基碘化铵和甲醚氢碘酸盐中的一种；将所述前驱体溶液从20℃-30℃缓慢加热至60℃-80℃并恒温保持一段时间获得ASnI₃钙钛矿单晶。

所述钙钛矿前驱体溶液，所述钙钛矿前驱体溶液的浓度为1.4M-1.6M。

所述钙钛矿前驱体溶液，所述钙钛矿前驱体溶液需要30℃搅拌8小时，之后采用0.22微米的滤头过滤。

所述ASnI₃钙钛矿单晶，所述前驱体溶液被放入试剂瓶中密封，在惰性气体下进行缓慢加热。

所述ASnI₃钙钛矿单晶，所述缓慢加热的升温速率为每小时5℃-10℃。

本发明的有益效果是：

(1)本发明首次发现了MASnI₃和FASnI₃在γ-丁内酯(GBL)中当温度小于70℃是溶解度随温度升高而降低，当温度由70℃升温至更高温度时溶解度随温度的升高而增加的现象。此发现提供了一种新的MASnI₃和FASnI₃单晶的生长方法，有利于推动MASnI₃和FASnI₃在光电领域的应用；