[发明专利]可控反溶剂扩散法生长大尺寸甲胺溴铅晶体的方法及装置

说明书

本发明涉及可控反溶剂扩散法生长大尺寸甲胺溴铅晶体的方法及装置，采用可控反溶剂扩散方法，包括如下步骤：在CH₃NH₃PbBr₃晶体生长过程中，将反溶剂蒸汽通入CH₃NH₃PbBr₃溶液中，于20～55℃下进行晶体生长，即得大尺寸钙钛矿结构甲胺溴铅晶体。本发明还提供生长该晶体的装置。本发明的方法有效的解决了这类化合物采用采用挥发法得不到大尺寸高质量晶体的问题，以及传统降温法使用酸溶液，对设备腐蚀性大，和生长周期长等问题。本发明能更容易得到高质量、大尺寸晶体，晶体尺寸可达50×50×20mm³。

技术领域

本发明涉及大尺寸钙钛矿结构甲胺溴铅晶体的生长方法及装置，采用控温控速反溶剂扩散法培育晶体。尤其涉及甲胺卤化铅酸盐化合物大尺寸晶体的生长方法及装置，属于晶体材料技术领域。

背景技术

有机-无机复合钙钛矿材料，具有优良的光电导、离子电导、高的载流子迁移率、发光、铁电等性能，在太阳能电池、场效应晶体管、发光二极管和探测器等领域具有潜在的应用价值。2009年，日本桐荫横滨大学Miyasaka教授研究组将钙钛矿作为原料应用到太阳能电池中，光电转换效率可达3.8％。经过八年的时间，有机无机复合钙钛矿的转换效率已经突破了22.1％。

目前，这类材料的应用多以多晶薄膜材料为主，薄膜制备工艺简单，与器件工艺匹配性高。但是，薄膜材料稳定性一般低于单晶材料，且薄膜多晶存在更多缺陷，不利于材料本征性能的研究应用。

相比于有机无机复合钙钛矿单晶薄膜的丰富研究成果来说，有机无机复合钙钛矿晶体材料的研究相对薄弱，尤其是对于有机无机复合钙钛矿单晶材料的可控生长。对于CH₃NH₃PbBr₃单晶，目前主要的生长方法有挥发生长法和降温生长法。但是，采用挥发法得不到大尺寸高质量的晶体，采用降温法又存在生长周期较长等缺点。

中国专利文件CN104141166A(申请号：201410340812.0)公开了大尺寸钙钛矿结构甲胺溴铅晶体的制备方法，将PbBr₂用HBr溶液溶解，得到Pb²⁺-HBr溶液；将HBr溶液与CH₃NH₂溶液按摩尔比1:1混合，在0℃下反应2h，得到CH₃NH₃Br溶液；然后将上述得到的Pb²⁺-HBr溶液与CH₃NH₃Br溶液混合，置于70℃下预热48h，得到CH₃NH₃PbBr₃过饱和溶液，过滤，得到澄清的黄色液体，于70℃的水浴中预热12h，降温至50℃，恒温蒸发得到CH₃NH₃PbBr₃晶体。然而，该方法使用酸溶液，对设备腐蚀性大，而且得到的甲胺溴铅晶体的尺寸仅为5mm，仍然较小。

发明内容

针对目前大尺寸钙钛矿结构甲胺溴铅晶体(CH₃NH₃PbBr₃晶体)制备技术的不足，为获得质量更高、性能更好、尺寸更大的CH₃NH₃PbBr₃单晶，本发明提供一种CH₃NH₃PbBr₃单晶的生长方法及生长装置。本发明采用控温控速反溶剂扩散法来生长晶体。该方法设备成本低，操作简单、生长周期短、获得的晶体质量好、尺寸大。

本发明所述的大尺寸钙钛矿结构甲胺溴铅晶体(CH₃NH₃PbBr₃晶体)，是指长度、宽度大于10mm的单晶体。

本发明的技术方案如下：