CN110699745A - 一种钙钛矿单晶的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钙钛矿单晶的制备方法，所述的钙钛矿单晶为CsPbBr3钙钛矿单晶或CsPb2Br5钙钛矿单晶，所述钙钛矿单晶形貌为片状或棒状，该制备方法包括以下步骤：清洗单晶生长基底：将基片分别用丙酮、70%~80%乙醇和去离子水分别超声15~30分钟，取出后置于烘箱内过夜干燥，得到单晶生长基底；制备钙钛矿前驱体溶液：CsBr与PbBr2按1/1~1/4的比例溶解在氢溴酸或二甲基亚砜中，CsBr浓度为0.06mol/L~0.3mol/L，PbBr2浓度为0.06mol/L~0.3mol/L,得到钙钛矿前驱体溶液；3）制备钙钛矿单晶：将钙钛矿前驱体溶液预热至80~95℃后滴在基底上，将溶剂除去，得到钙钛矿单晶。该方法操作简单、操作工艺难度低，且钙钛矿单晶的组分和形貌均可调。

Description

一种钙钛矿单晶的制备方法
技术领域
本发明涉及一种钙钛矿单晶的制备方法，属于钙钛矿单晶生长和形貌调控工程技术领域。
背景技术
铅基钙钛矿在可见光波段具有高的吸收系数和强的缺陷容忍能力，因此在光电转换器件如太阳能电池或光探测器等中具有高应用价值。单晶本身在生长过程中自发形成的平整晶面，先天具有良好的致密性和厚度均一性，因此可以获得比量子点更低的缺陷态密度和更长的载流子寿命。目前，单晶的生长方法已经有相关报道。但是其生长过程随机性较强，最终得到的单晶形貌不可控。通过调控前驱体中投料比形成不同组分的钙钛矿单晶的生长方法也有相关报道。但是在生长过程中无法对最终形成的单晶的组分进行调控。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种钙钛矿单晶的制备方法。
为了达到上述目的，本发明采用的方法是：一种钙钛矿单晶形貌和组分的调控方法，所述的钙钛矿单晶为CsPbBr3钙钛矿单晶或CsPb2Br5钙钛矿单晶，所述钙钛矿单晶形貌为片状或棒状，该制备方法包括以下步骤：
1）清洗单晶生长基底：将基片分别用丙酮、70%~80%乙醇和去离子水分别超声15~30分钟，取出后置于烘箱内过夜干燥，得到单晶生长基底；
2）制备钙钛矿前驱体溶液：CsBr与PbBr2按1/1~1/4的比例溶解在氢溴酸或二甲基亚砜中，CsBr浓度为0.06mol/L~0.3mol/L，PbBr2浓度为0.06mol/L~0.3mol/L,得到钙钛矿前驱体溶液；
3）制备钙钛矿单晶：将钙钛矿前驱体溶液预热至80-95℃后滴在基底上，将溶剂除去，得到钙钛矿单晶。
作为本发明的一种改进，步骤1）所述的基片为载玻片或二氧化硅片，不同基底得到的单晶结晶度不同；步骤a）所述的将基底置于烘箱内，加热温度为50℃~80℃，干燥是在大气环境下干燥。
作为本发明的一种改进，在二甲基亚砜溶剂中，CsBr/PbBr2的比例为1/1~1/2时形成CsPbBr3单晶，1/3~1/4时可形成CsPb2Br5单晶；在氢溴酸溶剂中，CsBr/PbBr2的比例为1/1时形成CsPbBr3单晶，1/2~1/4时形成CsPb2Br5单晶。
作为本发明的一种改进，步骤c）所述的去除溶剂的方法为自然挥发或加热干燥或真空干燥，自然挥发是置于大气环境下的干燥，加热干燥是指在大气环境下干燥，且温度为50℃~80℃在大气环境下干燥，真空干燥是指在真空环境压强小于20pa的环境下干燥。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：
1）本发明提出的钙钛矿单晶的制备方法简单、操作工艺难度低，且可以对钙钛矿单晶的组分和形貌进行调控；
2）本发明提出的钙钛矿单晶的制备方法所需设备简单、反应速度快、耗能低、原料单一、容易操作，没有危险性，原料供给方便，原料价格低廉；
3）本发明为形貌和组分可控的全无机钙钛矿单晶的制备，为其在光学和光电子器件领域的应用奠定了基础。
附图说明
图1为实施例1中CsPb2Br5钙钛矿单晶片的显微图；
图2为实施例1中CsPb2Br5钙钛矿单晶片的XRD图；
图3为实施例2中CsPbBr3钙钛矿单晶棒的显微图；
图4为实施例3中CsPbBr3钙钛矿单晶片的显微图；
图5为实施例4中CsPb2Br5钙钛矿单晶棒的显微图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做更进一步地解释，下列实施例仅用于说明本发明，但并不用来限定本发明的实施范围。
以下实施例所用的氢溴酸、二甲基亚砜、丙酮、异丙醇、无水乙醇、溴化铅、溴化铯等原料均为分析纯试剂；实验过程中所用的玻璃仪器使用前用去离子水润洗三遍后干燥。
实施例1 ：
平均边长为120µm的CsPb2Br5钙钛矿单晶片的制备
1）将二氧化硅基底依次用丙酮、70%乙醇和去离子水分别超声清洗20分钟；然后置于烘箱中60℃过夜烘干备用；
2）在5mL氢溴酸中按CsBr浓度为0.06mol/L，PbBr2浓度为0.12mol/L，配置钙钛矿的前驱体溶液；
3）将钙钛矿前驱体溶液加热至90℃，取10μL滴在二氧化硅基底上。之后置于大气环境中干燥，得到平均边长为120µm的CsPb2Br5钙钛矿单晶片。
图1为本实施例中CsPb2Br5钙钛矿单晶片的显微图。如图1所示，CsPb2Br5钙钛矿单晶片大小均一，平均边长为120µm。如图2所示，为CsPb2Br5钙钛矿单晶片的XRD图，XRD结果表明其成分为CsPb2Br5，三个衍射峰分别对应（210）、（312）和（420）晶面。
实施例2：
平均长度为150µm的CsPbBr3钙钛矿单晶棒的制备
1）将二氧化硅基底依次用丙酮、75%乙醇和去离子水分别超声清洗25分钟；然后置于烘箱中70℃过夜烘干备用；
2）在5mL二甲基亚砜中按CsBr浓度为0.06mol/L，PbBr2浓度为0.12mol/L，得到钙钛矿的前驱体溶液；
3）将钙钛矿前驱体溶液加热至90℃，取10μL滴在二氧化硅基底上。之后置于大气环境中干燥，得到长度为150µm的CsPbBr3钙钛矿单晶棒。
图3为本实施例中CsPbBr3钙钛矿单晶棒的显微图，如图2所示，CsPbBr3钙钛矿单晶棒大小均一，平均长度为150µm。
实施例3：
尺寸为95µm的CsPbBr3钙钛矿单晶片的制备
1）将二氧化硅基底依次用丙酮、75%乙醇和去离子水分别超声清洗25分钟；再用氮气吹干后置于烘箱中65℃过夜烘干备用；
2）在5mL二甲基亚砜中按CsBr浓度为0.06mol/L，PbBr2浓度为0.12mol/L，，得到钙钛矿的前驱体溶液；
3）将钙钛矿前驱体溶液加热至90℃，取10μL滴在二氧化硅基底上。之后50℃加热干燥，得到边长为95µm的CsPbBr3钙钛矿单晶片。
图4为本实施例中CsPbBr3钙钛矿单晶片的显微图。如图4所示，CsPbBr3钙钛矿单晶片大小均一，尺寸为95µm。
实施例4：
平均长度为6.5mm的CsPb2Br5钙钛矿单晶棒的制备
1）将二氧化硅基底依次用丙酮、75%乙醇和去离子水分别超声清洗20分钟；然后置于烘箱中70℃过夜烘干备用；
2）在5mL二甲基亚砜中按CsBr浓度为0.06mol/L，PbBr2浓度为0.18mol/L，得到钙钛矿的前驱体溶液；
3）将钙钛矿前驱体溶液加热至90℃，取10μL滴在二氧化硅基底上。之后置于大气环境中干燥，得到平均长度为6.5mm的CsPb2Br5钙钛矿单晶棒。
图5为本实施例中CsPb2Br5钙钛矿单晶棒的显微图，如图5所示，CsPb2Br5钙钛矿单晶棒大小均一，平均长度为6.5mm。

Claims (4)

1.一种钙钛矿单晶的制备方法，其特征在于：所述的钙钛矿单晶为CsPbBr3钙钛矿单晶或CsPb2Br5钙钛矿单晶，所述钙钛矿单晶形貌为片状或棒状，该制备方法包括以下步骤：
1）清洗单晶生长基底：将基片分别用丙酮、70%~80%乙醇和去离子水分别超声15~30分钟，取出后置于烘箱内过夜干燥，得到单晶生长基底；
2）制备钙钛矿前驱体溶液：CsBr与PbBr2按1/1~1/4的比例溶解在氢溴酸或二甲基亚砜中，CsBr浓度为0.06mol/L~0.3mol/L，PbBr2浓度为0.06mol/L~0.3mol/L,得到钙钛矿前驱体溶液； 3）制备钙钛矿单晶：将钙钛矿前驱体溶液预热至80-95℃后滴在基底上，将溶剂除去，得到钙钛矿单晶。
2.如权利要求1所述的钙钛矿单晶的制备方法，其特征在于：步骤1）所述的基片为载玻片或二氧化硅片，不同基底得到的单晶结晶度不同；步骤1）所述的将基底置于烘箱内，加热温度为50℃~80℃，干燥是在大气环境下干燥。
3.如权利要求1所述的钙钛矿单晶的制备方法，其特征在于：在二甲基亚砜溶剂中，CsBr/PbBr2的比例为1/1~1/2时形成CsPbBr3单晶，1/3~1/4时可形成CsPb2Br5单晶；在氢溴酸溶剂中，CsBr/PbBr2的比例为1/1时形成CsPbBr3单晶，1/2~1/4时形成CsPb2Br5单晶。
4.如权利要求1所述的钙钛矿单晶的制备方法，其特征在于：步骤3）所述的去除溶剂的方法为自然挥发或加热干燥或真空干燥，自然挥发是置于大气环境下的干燥，加热干燥是指在大气环境下干燥，且温度为50℃~80℃在大气环境下干燥，真空干燥是指在真空环境压强小于20pa的环境下干燥。
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