[发明专利]一种钙钛矿单晶及其制备方法和用途

说明书

本发明提供一种钙钛矿单晶及其制备方法和用途，所述钙钛矿单晶的化学式为A₂SnI₄，其中，A为选自正丁胺基、异丁胺基、2‑苯乙胺基、2‑氟苯乙胺基、3‑氟苯乙胺基和4‑氟苯乙胺基中的一种。本发明制备的低维锡基钙钛矿单晶可用于光电探测器件，并对偏振光表现出显著的区分。

技术领域

本发明涉及单晶制备领域，特别是涉及一种钙钛矿单晶及其制备方法和用途。

背景技术

有机-无机杂化卤化钙钛矿作为新一代光电材料，以其高的载流子迁移率、较长的载流子扩散长度和较大的光吸收系数引起研究人员的广泛关注。这些材料在太阳能电池、发光二极管、光电探测器、催化等领域有着广泛应用。

目前铅基钙钛矿太阳能电池认证效率已经超过24％，但是铅的毒性阻碍其商业化发展。环境友好的锡基钙钛矿电池作为铅基可替代材料受到了广泛关注。与多晶薄膜相比，钙钛矿单晶具有较低的缺陷密度和晶界，因此，具有更好的光电性能。锡基钙钛矿的单晶结构研究对钙钛矿器件的制备和发展具有重要的指导意义。

有机-无机锡基钙钛矿是一类低毒性的钙钛矿材料，然而，现阶段这种材料单晶的制备和应用主要受材料的不稳定性制约。传统制备单晶方法是以氢碘酸为溶剂，在氢碘酸水溶液中加入锡的卤化物和铵盐，随温度升高其溶解度逐渐增大，随后缓慢降低温度使溶液达到饱和，逐渐析出晶体。由于二价锡为不稳定化学态，在水溶液中极易氧化成为四价锡，影响晶体生长，并且受氧化影响的晶体表面缺陷多，对后续的单晶应用产生负面影响。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种钙钛矿单晶及其制备方法和用途，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过以下技术方案获得的。

本发明首先提供了一种钙钛矿单晶，所述钙钛矿单晶的化学式为A₂SnI₄，其中，A为选自正丁胺基、异丁胺基、2-苯乙胺基、2-氟苯乙胺基、3-氟苯乙胺基和4-氟苯乙胺基中的一种。

根据上述所述的钙钛矿单晶，所述钙钛矿单晶为所述所述钙钛矿单晶的横截面为规则的正六边形，表面平整且具有层状结构。

根据上述所述的钙钛矿单晶，所述钙钛矿单晶为若干个二维层状结构堆叠而成，所述二维层状结构呈正六边形。

根据上述所述的钙钛矿单晶，本申请中的钙钛矿单晶具有规整结构和平整表面，并且具有较大的尺寸。优选地，所述钙钛矿单晶的厚度为0.5～2.5mm。优选地，所述钙钛矿单晶中正六边形边长为0.5～1.5cm。

本发明提供如上述所述钙钛矿单晶的制备方法，所述制备方法包括：

1)将锡源、硫氰根离子源和有机氢碘酸盐溶解于有机溶剂中，得到前驱液，

2)将所述前驱液静置以晶化得到所述钙钛矿单晶。

优选地，所述溶解温度为60～80℃。温度过低，不能完全溶解，温度过高，不易析出晶体。

根据上述所述的制备方法，所述锡源为二碘化锡。

根据上述所述的制备方法，所述有机溶剂为醇类、醚类、乙腈或吡啶中的一种或多种，优选地，所述有机溶剂为醇类，根据醇类中各醇的特性，溶解时的溶解度有所变化，如，所述醇类可以为甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、异丁醇、戊醇、己醇或正丁醇中的一种或多种。更优选地，所述有机溶剂为异丙醇、乙二醇、丙二醇和丙三醇中的一种或多种。

根据上述所述的制备方法，静置过程自然冷却降温，降温冷却至50℃左右时，反应体系开始逐渐析出薄片状晶体，随着降温进行，晶体逐渐长大并且厚度也逐渐增加。优选地，降温冷却至0～35℃，如5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃等。