[发明专利]一种铋基卤化物钙钛矿纳米片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铋基卤化物钙钛矿纳米片及其制备方法，将钙钛矿前驱液A₃Bi₂I₉采用旋转涂膜法涂覆在表面洁净的基底上；将基底处于极性溶剂气氛中于100‑110℃下进行退火处理；退火处理一段时间后在基底上制得所述的二维钙钛矿纳米片。本发明通过利用极性溶剂实现对薄膜的后处理‑‑溶解‑再结晶，制备出来的二维钙钛矿纳米片不仅形状均一，大小均匀，而且相比目前已报导的制备铅基钙钛矿纳米片的方法，更加简便易行，制备的单层或者少层的二维钙钛矿纳米片的厚度最小达到2.0±0.2nm，从而更好的利用二维材料固有的空间限制效应而导致其具有更长的光生载流子寿命，因此具有更优的光电响应性能。

技术领域

本发明属于光电薄膜技术领域，涉及一种钙钛矿纳米片及其制备方法。

背景技术

有机-无机铅基杂化钙钛矿材料（结构式为ABX₃）由于具备可调节的带隙，载流子扩散距离大，磁性以及电介质极化等特性而引起了人们日益增加的关注，并被广泛的应用于太阳能电池，发光二极管，光探测器以及激光等器件应用方面。除此之外，另外一个显著的特点就是这类钙钛矿材料可以在150度以下通过简单的液相方法制备得到具有高结晶度的纳米颗粒。但是由于这类铅基钙钛矿材料都含有剧毒金属元素铅以及其在空气中极差的稳定性（与水分子接触导致结构的快速降解），从而限制了其进一步的工业应用。

为了解决这个问题，有报道尝试利用锡/锗元素来替代钙钛矿结构中的铅元素，但是由于这两种元素在空气中极易转化为+4价，从而导致结构的迅速降解。最近，人们发现铋基钙钛矿材料相对于铅基钙钛矿材料而言，不仅稳定性大大提高，而且解决了铅的环境毒性问题。但是，目前采用常规低温液相法制备的铋基钙钛矿材料都是粒径达几个微米、厚度达到几百纳米的六方晶块。用如此大尺寸的纳米颗粒制备的薄膜会出现平整性差，缺陷多等问题，从而限制其在光电器件方面的应用。而典型的二维层状材料一般厚度仅为几到十几纳米，在厚度上限制了电子的自由移动，因而其电学性能与相应的三维结构材料相比差别很大，比如在电子迁移率，超导电性，量子霍尔效应等方面均会发生显著变化，因而被认为是新一代高性能光电子器件的首选材料。因此，为了将这类新兴的铋基钙钛矿材料应用于新一代高性能的电子器件中，探寻合适的制备方法，制备出具有二维结构的钙钛矿纳米片不仅是一项巨大的挑战，同时也具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明目的在于提供一种性能优良的二维钙钛矿纳米薄膜的制备方法。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种二维钙钛矿纳米片及其制备方法，包括如下步骤：

将钙钛矿前驱液A₃Bi₂I₉采用旋转涂膜法涂覆在表面洁净的基底上；将基底处于极性溶剂气氛中于100-110℃下进行退火处理；退火处理一段时间后在基底上制得所述的二维钙钛矿纳米片。

进一步地，钙钛矿前驱液A₃Bi₂I₉中的A= CH₃NH₃⁺或Cs⁺。

进一步地，钙钛矿前驱液中采用的溶剂为N，N-二甲基酰胺（DMF）。

进一步地，所述基底为普通玻璃、FTO或者ITO导电玻璃。

进一步地，加热8-22min。

进一步地，当钙钛矿前驱液A₃Bi₂I₉中的A= CH₃NH₃⁺时，极性溶剂为甲醇；当当钙钛矿前驱液A₃Bi₂I₉中的A= Cs⁺时极性溶剂为甲醇和DMF的混合溶液，其中，甲醇和DMF的体积比为10:1～50:1。