[发明专利]一种多元钙钛矿材料及其制备与应用

说明书

本发明公开了一种多元钙钛矿材料及其制备与应用，其中该多元钙钛矿材料为多元全无机金属非铅卤盐，并且具有钙钛矿结构；所述多元钙钛矿材料的化学式满足：其中，0≤x≤1，0≤y≤1，A为Cs⁺，B¹、B²、B³、B⁴分别为Na⁺、Ag⁺、In³⁺、Bi³⁺，X为卤族元素。本发明通过对钙钛矿材料关键的化学元素的种类及配比等进行改进，与现有技术相比能够有效解决现有双钙钛矿种类少且不好调控、环境污染大的问题。

技术领域

本发明属于光电材料领域，更具体地，涉及一种多元钙钛矿材料及其制备与应用，该多元钙钛矿材料是一种新型多元全无机金属非铅卤盐钙钛矿材料。

背景技术

在最近的几年里，新型有机无机杂化钙钛矿材料，在光伏、发光、激光、光电探测等领域展现出极大的应用价值，成为国际上材料研究的热点之一。但由于缺乏持续暴露在光，湿度，高温下的稳定性，钙钛矿电池也面临着了很多的挑战。另外，铅的毒性也引起了钙钛矿电池对环境长期影响的质疑。

一个可行的同时解决稳定性和铅的毒性的方案是寻找通过合理的设计寻找相关的化合物。已经有用Sn代替Pb制作出效率大于6％的电池，另外也利用一三价元素共掺的方式制作出了Cs₂AgBiBr₆和Cs₂AgBiCl₆，但是由于材料过于单一，不能够加以调节，所以能够应用的地方有限。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种多元钙钛矿材料及其制备与应用，其中通过对钙钛矿材料关键的化学元素的种类及配比等进行改进，与现有技术相比能够有效解决现有双钙钛矿种类少且不好调控、环境污染大的问题，并且本发明通过采用水热法制备该多元钙钛矿单晶，通过控制水热反应的条件(如投料量、盐酸浓度、反应温度及时间等)，使得制备得到的多元钙钛矿单晶具有尺寸大，缺陷少，纯度高，通透性高的优点，尤其适用于在光电探测领域中应用。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种多元钙钛矿材料，其特征在于，该多元钙钛矿材料为多元全无机金属非铅卤盐，并且具有钙钛矿结构；所述多元钙钛矿材料的化学式满足：其中，0≤x≤1，0≤y≤1，并且x和y中至多仅有一个为整数；此外，A为Cs⁺，B¹、B²、B³、B⁴分别为Na⁺、Ag⁺、In³⁺、Bi³⁺，X为卤族元素。

作为本发明的进一步优选，所述多元钙钛矿材料是由包括AX、B¹X、B²X、B³X₃和B⁴X₃在内的原材料制备而成，其中，所述B¹X与所述B²X两者的物质的量之和等于所述B³X₃和所述B⁴X₃两者的物质的量之和，并且所述B¹X与所述B²X两者的物质的量之和等于所述AX的物质的量的二分之一。

作为本发明的进一步优选，所述B¹X与所述B²X两者的物质的量之比为x:(1-x)，其中0≤x≤1；

所述B³X₃和所述B⁴X₃两者的物质的量之比为y:(1-y)，其中0≤y≤1。

按照本发明的另一方面，本发明提供了制备多元钙钛矿单晶的方法，其特征在于，包括以下步骤：