[发明专利]一种基于化学气相沉积法制备多波长发射的钙钛矿微米片的方法

说明书

本发明提供了一种基于化学气相沉积法制备多波长发射全无机钙钛矿微米片的方法，属于光学材料制备领域。所述全无机钙钛矿微米片的化学式为CsPbClsubgt;x/subgt;Brsubgt;3‑x/subgt;:Er，该稀土掺杂钙钛矿微米片是以CsPbClsubgt;x/subgt;Brsubgt;3‑x/subgt;钙钛矿为基质材料，并通过控制生长温度，调控Ersupgt;3+/supgt;在CsPbClsubgt;x/subgt;Brsubgt;3‑x/subgt;钙钛矿晶格中的掺杂类型，最终获得多波长发射的钙钛矿微米片。该方法利用化学气相沉积技术，使用管式炉在合适条件下制备形貌规整的钙钛矿微米片。本发明提供的稀土掺杂钙钛矿微米片制备方法简单、空气稳定性好，而且Ersupgt;3+/supgt;掺杂CsPbClsubgt;x/subgt;Brsubgt;3‑x/subgt;钙钛矿微米片实现了多波长发射。该方法是首次在钙钛矿微米片中利用稀土离子掺杂实现多种掺杂类型调控与发光调控，在发光领域有着广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于光学材料制备技术领域，具体涉及一种基于化学气相沉积法制备多波长发射的钙钛矿微米片的方法，该Er³⁺掺杂全无机钙钛矿CsPbCl_xBr_3-x微米片成功实现双波长或三波长发射。

背景技术

近年来，卤化物钙钛矿由于其独特的晶体结构以及优异的物理特性，比如：光吸收系数高、激子结合能低、载流子扩散长度长、载流子寿命长、缺陷容忍度高以及制备方法简单，在太阳能电池、发光二极管、光电探测器、激光器等光电器件领域显示出巨大的应用前景。目前，常见的卤化物钙钛矿主要有机无机杂化钙钛矿和全无机钙钛矿，全无机钙钛矿表现出更好的空气稳定性。

自2009年以来，钙钛矿材料由于其在能量转换效率(PCE)方面的快速发展，显示出作为下一代太阳能电池材料的巨大潜力。到目前为止，报道的有机无机杂化卤化物钙钛矿太阳能电池最高的能量转换效率(PCE)超过25％。有机无机杂化钛矿作为器件中的关键材料，吸引了科研人员的广泛关注，但是由于存在不稳定的有机基团，有机无机杂化钙钛矿材料容易受到空气中的氧气和水分子的影响，使得晶体结构容易发生变化，电子器件的性能受到很大影响。因此，研究稳定性更好的卤化物钙钛矿具有重要的意义。选用铯元素来取代杂化体系中的有机基团，可以获得稳定性更好的卤化物钙钛矿，由此，铯铅卤化物钙钛矿材料成为新型半导体器件以及光物理现象研究的理想材料之一。

杂质离子的掺入或掺杂是调控卤化物钙钛矿电子、光学性质和结构稳定性的一种理想方法，比如引入锰元素不仅能使钙钛矿材料具有磁性，而且能使得钙钛矿元素实现黄光发射。稀土元素由于具有丰富的能级结构，电子在不同的能级之间的跃迁可以实现从紫外线到近红外范围内的光谱发射，同时能显著提高钙钛矿材料的荧光量子产率，近年来受到研究人员的关注。

目前报道较多的离子掺杂全无机钙钛矿材料制备方法主要是溶液法，迄今为止，化学气相沉积法制备离子掺杂全无机钙钛矿材料鲜有报道。

发明内容

本发明首次采用了化学气相沉积法制备多波长发射的钙钛矿微米片。其操作包括：将溴化铯与氯化铅按摩尔比1：1搅拌混合后置于石英管内靠近管式炉进气端边缘内的磁舟中，取适量ErCl₃置于管式炉中央的磁舟中；控制升温速率，使粉末在氩气气氛升华为汽态，并随着高纯氩气载气在低温区的硅/二氧化硅片衬底上成核生长形成微米片。

本发明具有制备方法简单、重复性好、结晶质量高等优点，而且该方法是首次在钙钛矿微米片中利用稀土离子掺杂实现双波长或三波长发射，全无机钙钛矿微米片作为一种新型的半导体材料，可控合成的多波长发射的钙钛矿微米片在发光领域有着广阔的应用前景，而且在制备光电器件为代表的电子学器件中具有深远的意义。

本发明在于提供一种基于化学气相沉积法制备多波长发射的钙钛矿微米片的方法，包括以下步骤：