[发明专利]一种锆离子注入的DMPDPbI4钙钛矿单晶的制备方法和在光电探测器中的应用

说明书

一种锆离子注入的DMPDPbI4钙钛矿单晶的制备方法和在光电探测器中的应用，它涉及一种二维双胺钙钛矿单晶的制备方法和应用。本发明的目的是要解决现有方法难以控制成核和生长以获得更大尺寸的DMPDPbIsubgt;4/subgt;单晶，传统掺杂方法难以实现纯净掺杂和精确控制掺杂的剂量和深度的问题。基于锆离子注入的光电探测器的制备方法：一、制备双胺DMPDPbIsubgt;4/subgt;钙钛矿单晶；二、注入锆离子；三、制备基于锆离子注入单晶的光电探测器。本发明制备的基于锆离子注入单晶的光电探测器性能，与基于未注入单晶的光电探测器性能相比，锆离子的注入可以增大光电流，降低暗电流，进而增加光响应率、提高探测器探测弱光的能力。

技术领域

本发明涉及一种二维双胺钙钛矿单晶的制备方法和应用。

背景技术

近年来，二维钙钛矿因含有大尺寸且疏水的有机阳离子阻挡水分渗透到钙钛矿晶格，其稳定性优于传统的三维钙钛矿并在光电器件中显示出巨大的应用前景。由单胺有机阳离子形成的A′₂A_n-1M_nX_3n+1型二维钙钛矿因其较高的环境稳定性获得了大量的关注，但是此类二维钙钛矿层间的范德华力作用很弱，不足以保证材料具有足够的结构稳定性。而用双胺阳离子取代单胺阳离子形成的A″A_n-1M_nX_3n+1型二维钙钛矿，有机双胺阳离子的两端通过强氢键与无机层结合，提供更强的连接，从而增强层间作用力、提高层间结构刚度、缩短层间间距。此外，A″A_n-1M_nX_3n+1型二维钙钛矿还可以降低量子限制效应，增强电荷转移能力。然而双胺阳离子与极性溶剂发生强相互作用，难以控制成核和生长以获得更大尺寸的单晶。因此，仍然缺少大尺寸的A″A_n-1M_nX_3n+1型单晶以满足对该类钙钛矿单晶进行结构、光电性质以及应用等研究。

单晶钙钛矿光电探测器对于多晶薄膜光电探测器来讲，具有明显的优势。单晶钙钛矿光电探测器制备简单，无需复杂的器件结构，减少了大量的工艺过程；单晶材料在热稳定性、湿度稳定性、光稳定性等方面远远优于多晶钙钛矿薄膜，因此单晶光电探测器使用寿命将更长，工作状态更稳定；单晶钙钛矿在紫外-可见-近红外区域都有强的吸收，可调的吸收范围可以实现不同光谱响应的探测器，这是多晶钙钛矿薄膜光电探测器所不具备的。因此，单晶钙钛矿光电探测器在光探测领域具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是要解决现有方法难以控制成核和生长以获得更大尺寸的DMPDPbI₄单晶，传统掺杂方法难以实现纯净掺杂和精确控制掺杂的剂量和深度的问题，而提供一种锆离子注入的DMPDPbI4钙钛矿单晶的制备方法和在光电探测器中的应用。

一种锆离子注入的二维双胺钙钛矿单晶的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

一、制备DMPDPbI₄钙钛矿单晶：

①、将N,N二甲基对苯二胺二盐酸盐和氧化铅溶于氢碘酸和次磷酸的混合溶剂中，然后进行磁力搅拌，得到混合前驱体溶液；

②、将混合前驱体溶液在加热条件下搅拌，然后取淡黄色的上清液进行过滤，得到完全饱和的前驱体溶液；

③、将完全饱和的前驱体溶液在90℃～100℃下保持一段时间，然后进行梯度降温，降温至20℃～30℃，得到块状棕红色晶体，该块状棕红色晶体即为DMPDPbI₄钙钛矿单晶；

二、注入锆离子：

①、使用有机溶剂对DMPDPbI₄钙钛矿单晶进行清洗，得到清洗后的DMPDPbI₄钙钛矿单晶；