[发明专利]一种Bi基钙钛矿量子点材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电材料及薄膜太阳能电池制备领域，更具体地，涉及一种Bi基钙钛矿量子点材料及其制备方法。

背景技术

钙钛矿量子点因其极高的量子产率、低廉的成本、简单的制备方法等优点在量子点显示领域具有广阔的应用前景。基于量子点对电子和空穴的限域效应，量子点的辐射复合效率将比其它材料更加优良。因此，其荧光量子产率也将高于相同物质的体材料。

钙钛矿量子点可以利用卤素元素和尺寸效应来调节其发光性能(主要是发光波长)，因此其发光光谱可覆盖整个可见光区(400-800nm)。因此，钙钛矿量子点相对于传统的Cd基量子点具备更窄的发光峰(15～25nm)、更广的色域(150％NTSC)和更高的量子产率(～90％)，在LED应用上具有极大的潜力。

目前对钙钛矿量子点的研究主要集中在采用热注入法合成的全无机钙钛矿量子点CsPbX₃(X＝Cl,Br,I)以及LARP法或微乳液法合成的有机无机杂化钙钛矿量子点CH₃NH₃PbX₃(X＝Cl,Br,I)，而对卤素元素的调控除了改变卤化物原材料外还可以通过简单的阴离子来实现。钙钛矿量子点在LED上的应用也已进行了初步的研究，钟海镇课题组制备出了三原色的LED，开启电压为4.2V，其他组研究量子点的工作中也有相应的部分。但Pb作为重金属元素，其毒性不可忽视，将大大的影响Pb基钙钛矿量子点的应用前景。

目前用新型无毒元素替换Pb等因材料缺陷浓度过高或稳定性更差而存在巨大的难度，仅有热注入法制备的Sn基无毒钙钛矿纳米晶得到了一定程度的尝试，但因其制备工艺复杂，且量子产率仅有0.14％，前景堪忧；而且众所周知的是Sn有2⁺和4⁺两种价态，稳定性方面存在巨大的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种Bi基钙钛矿量子点材料及其制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：采用乙酸乙酯和DMF的混合溶剂作为溶解卤化甲胺和卤化铋前驱体溶液，胺作为配体；采用正辛烷和油酸为反溶剂；将所述前驱体溶液加入反溶剂后，离心后取上清液获得化学式为MA₃Bi₂X₉的量子点材料，其中MA＝CH₃NH₃,X＝Cl、Br或I。

进一步地，其中所述卤化甲胺和卤化铋的摩尔比值在3:1到3:4间。

进一步地，所述乙酸乙酯和所述DMF的摩尔的比例范围在10:1到1:2之间。

进一步地，所述配体胺为丁胺、正辛胺或油胺。

进一步地，所述卤化甲胺的浓度范围在0.5～5mMol。

进一步地，所述油酸的使用体积量在0.1ml～2ml。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)材料组分和性质：现有钙钛矿量子点技术材料均为Pb基钙钛矿量子点，该量子点含有的铅元素有剧毒，有环境风险。相对于Pb基钙钛矿量子点，Bi基钙钛矿量子点中的元素均为环境友好型，并且Bi离子半径也较为合适，由此种材料制备的量子点具有优异的发光性能并有望实现绿色发光；

2)结构：Pb基钙钛矿量子点的晶体结构为立方晶系，Bi基钙钛矿量子点是六方晶系结构，因此用来计算结构稳定性的公差因子公式不适用于Bi基量子点；

3)工艺：研究Pb基有机无机杂化钙钛矿量子点的方法大多基于LARP技术，与Pb基钙钛矿量子点制备工艺比较，Bi基钙钛矿量子点在合成时对溶剂的要求更为严格，对前驱体溶剂上的选用上，Pb基钙钛矿量子点合成过程中，DMF作为前驱体溶剂，而在制备Bi基量子点时，DMF因不能与唯一不溶解Bi源的反溶剂正辛烷互溶，而乙酸乙酯满足既与DMF互溶又与正辛烷互溶的要求，因此本发明选用乙酸乙酯和DMF的混合溶剂作为前驱体溶剂，同时采用配体辅助再沉淀法，制备出发光性能优异的Bi基钙钛矿量子点。

附图说明

图1是按照现有技术实现的制备方法的操作流程示意图；

图2、3是按照本发明实现的制备出量子点材料的透射电子显微镜(TEM)结果；

图4是按照本发明实现的不同条件下合成的量子点的荧光图谱；

图5是按照本发明实现的MA₃Bi₂Br₉量子点的吸收和荧光图谱。

具体实施方式