[发明专利]带隙可调的全无机钙钛矿单晶及其生长方法

说明书

本发明涉及一种带隙可调的全无机钙钛矿单晶及其生长方法，该方法先将卤化铯和卤化铅原料在单温区炉中高温反应烧结，得到纯相混卤钙钛矿晶体多晶料，然后密封入石英坩埚中，再装入双温区布里奇曼炉的生长腔内进行晶体生长，本发明采用高温区、低温区进行加热，可以提高晶体的结晶质量以及光学透过率，得到的混卤全无机钙钛矿单晶实现1.86～2.88eV可调节的带隙，在窄带宽光电探测等领域有着极好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种带隙可调的全无机钙钛矿单晶及其生长方法，属于晶体生长技术领域。

背景技术

近年来卤化物钙钛矿材料受到广泛关注，这类材料除了可用于太阳能电池，在光解水、光探测器、发光二极管、激光及核辐射探测等领域也展现了极好的应用前景。

卤化物钙钛矿材料包括有机无机杂化钙钛矿材料和全无机钙钛矿材料。然而，有机无机杂化钙钛矿材料的热稳定性较差，很大程度上限制了其实际的生产应用；相比于有机无机杂化钙钛矿材料，全无机钙钛矿材料具有对温度、光照以及空气中的水分不敏感的优良特性，材料和器件稳定性更好。

然而，单一组分的晶体往往在实际应用中受到限制。以光电探测器为例，探测单一波长的光需要用宽带光电探测器结合滤波器进行使用，这不仅加大了器件制备的难度与成本，而且探测器的光谱分辨率较低。通过混合卤素的方式可对钙钛矿材料的晶体结构、带隙、迁移率等光电性质进行调控，从而实现窄带宽可调节的光电探测器。2015年，美国内布拉斯加州立大学黄劲松研究组报道了MAPbBr_3-xCl_x及MAPbI_3-xBr_x系列晶体的生长，基于该类晶体制备的窄带宽光电探测器可实现对特定波长光的探测，并通过卤素成分的调节可以实现从蓝光到红光的连续光谱响应。

经检索，目前报道的大部分是有关甲胺基混合卤素的有机无机杂化钙钛矿材料，然而，有关于Cs基混合卤素的全无机钙钛矿系列体块晶体还没有任何报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种带隙可调的全无机钙钛矿单晶及其生长方法。

为解决以上技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种带隙可调的全无机钙钛矿系列单晶，所述全无机钙钛矿单晶结构式为CsPbCl_xBr_yI_z，其中，0≤x≤3、0≤y≤3、0≤z≤3，x+y+z=3。

根据本发明优选的，所述全无机钙钛矿单晶结构式中含有一种卤素或两种卤素的混合。

根据本发明优选的，带隙可调的全无机钙钛矿系列单晶能实现1.86~2.88 eV可调节的带隙。当单晶结构式中含有一种卤素时，带隙为范围的边界，随着不同卤素钙钛矿的组成的变化，带隙也随之变化，进而实现在1.86~2.88 eV内调节。

本发明还提供一种混卤全无机钙钛矿单晶的生长方式，包括步骤如下：

（1）按照化学计量比取原料卤化铯和卤化铅置于研钵中，混合均匀并充分研磨，转移至石英管中抽真空并密封，在单温区井式炉中高温烧结，得到纯相钙钛矿晶体多晶料；

（2）取步骤（1）得到的纯相钙钛矿多晶料装入晶体生长石英坩埚中，抽真空密封后装入双温区布里奇曼炉的生长腔内；

（3）开启加热装置对双温区布里奇曼炉生长腔的高温区、低温区进行加热，温度稳定后，将装有多晶料的晶体生长石英坩埚上升移动至高温区，使晶体生长石英坩埚位于高温区，保温加热使多晶料充分熔化，然后将装有多晶料的晶体生长石英坩埚下降移动至低温区，实现晶体的生长；

（4）生长完成后将炉温缓慢降至室温，取出晶体。