[发明专利]一种非铅钙钛矿材料及其制备方法和应用

说明书

本发明为一种非铅钙钛矿材料及其制备方法和应用。该非铅钙钛矿材料的结构通式为Cs₃Sb_2‑xBi_xA_9‑yB_y，其中，A、B为F、Cl、Br或I；且A和B不相同，0＜x≤0.8，0＜y≤5。材料中还可以含有添加剂。所述的制备方法中，通过溶液法结合低压辅助处理的方法，实现致密平整的高质量非铅钙钛矿薄膜的制备。本发明制备方法高效、制备工艺简单，制备的材料低毒、稳定性好，基于本发明得到的非铅钙钛矿材料可用于太阳能电池、光电探测器以及辐射探测器等诸多光电功能器件领域。

技术领域

本发明属于半导体光电材料与器件领域，具体涉及一种非铅钙钛矿材料及该材料的制备方法和该材料在光伏器件和光电探测器中的应用。

背景技术

有机-无机杂化钙钛矿材料因其优异的光物理特性已经引起了人们的广泛研究，包括对其本身的结构、光电性质的研究以及其在各类光电器件中的应用，如：光伏器件、发光二极管、光电探测器以及晶体管等。其中，作为光伏器件其光电转化效率已经达到了25.7％，接近于单晶硅电池的效率，展现出极大的应用前景；作为发光二极管，其红光和绿光的外量子效率都已经突破了20％；作为光电探测器，已经实现了从射线-紫外-可见光-近红外光的探测。这些众多的研究都表明，钙钛矿光电器件已经展现出极大的应用前景。

但是，目前报道的具有优异光电特性的钙钛矿材料都是基于铅基的有机-无机杂化钙钛矿材料，该材料本身含铅具有毒性以及其本征稳定性较差严重影响其实际应用，因此，开发新型的具有良好本征稳定性的非铅钙钛矿材料对钙钛矿材料及其光电器件的发展至关重要。

近几年，人们发现了一种极具前景的铅元素替代物——锑元素。研究表明，锑基钙钛矿与铅基钙钛矿相比，锑基钙钛矿具有较小的毒性和更高的材料稳定性，且其吸收系数以及能带特征与铅钙钛矿比较接近，其在半导体光电领域极具潜力。但是在太阳能电池领域，锑基钙钛矿材料制备的太阳能电池器件效率不高，目前报道的最高器件效率是以Rb_0.15Cs_2.85Sb₂Cl_xI_9-x为钙钛矿层的太阳能电池，效率仅为2.46％，较低的器件效率表明锑基钙钛矿太阳能电池还有极大的发展空间。

发明内容

本发明的目的为针对上述现有技术的不足，提供了一种非铅钙钛矿材料及其制备方法和应用。该材料的结构通式为Cs₃Sb_2-xBi_xA_9-yB_y(其中A和B为F、Cl、Br和I中的两种，0＜x≤0.8，0＜y≤5)；通过Bi元素的加入，来减少非铅钙钛矿晶体的缺陷，提高其质量，改善其性能；制备方法中，通过溶液法结合低压辅助处理的方法，实现致密平整的高质量Cs₃Sb_2-xBi_xI_9-yCl_y(其中A和B为F、Cl、Br和I中的两种，0＜x≤0.8，0＜y≤5)薄膜的制备，本发明制备方法高效、制备工艺简单，制备的材料低毒、稳定性好，基于本发明得到的非铅钙钛矿材料可用于太阳能电池、光电探测器以及辐射探测器等诸多光电功能器件领域。

本发明提供的技术方案是：

一种非铅钙钛矿材料，所述非铅钙钛矿材料的结构通式为Cs₃Sb_2-xBi_xA_9-yB_y，其中，A、B为F、Cl、Br或I；且A和B不相同，0＜x≤0.8，0＜y≤5。

所述非铅钙钛矿材料的制备方法，该方法包括如下步骤：

(1)将卤化锑、卤化铋、卤化铯加入到溶剂中，溶解后得到前驱液；