一种大面积无铅钙钛矿单晶膜、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种大面积无铅钙钛矿单晶膜、制备方法及其应用，涉及光电探测技术领域，其技术要点为：本发明专利技术的大面积无铅钙钛矿单晶膜的制备方法利用气

【技术实现步骤摘要】
一种大面积无铅钙钛矿单晶膜、制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及光电探测
，具体涉及一种大面积无铅钙钛矿单晶膜、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]有机
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无机杂化钙钛矿的快速发展促进了其在光电探测方面的应用，这类材料具有制备工艺简单、成本低廉的优势，而且因其具有长载流子扩散长度和强的光吸收能力，可以应用于光电探测、太阳能电池等领域。其中，X射线探测器在成像、安全检查、无损检测以及科学研究等方面具有重要意义，有着广泛的应用价值。半导体X射线探测器是将X射线转换为电信号，这种直接探测具有探测灵敏度高，配制简单等优点。其中，金属卤化物钙钛矿在X射线直接探测性能方面表现良好，具有制备简单、较高的灵敏性等特点。
[0003]在上述化合物中，铅基卤化物钙钛矿表现尤为突出，在光电领域得到了极大的重视，包括太阳能电池，发光二极管，激光器，光电探测器等(Materials Horizons 2015,2,228
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231.ACS Photonics 2020,7,10
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28.)。尽管卤化铅钙钛矿在这些方面取得了重大进展，但由于含铅钙钛矿具有严重的环境污染问题，限制了它们的应用，因此，寻找代替铅的无毒性元素势在必行。在替代铅的候选材料中，铜是一种丰富、低成本和环境友好的元素。另外，与三维钙钛矿相比，二维钙钛矿具有更好的化学稳定性、光电可谐调性等优异性能。而目前已报道的用于光电探测的钙钛矿材料大多是通过旋涂、滴涂、刮涂等制备的多晶膜(Energy Environ.Sci.2014,7,2944
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2950；AdvancedScience 2021,8.2102081；Adv.Mater.2017,29,1702643.)，这种随机取向的多晶膜由于其结构缺陷导致电荷传输性能不足限制了钙钛矿的性能应用。此外，有研究人员采用物理撕拉或切割的方法来减少钙钛矿层的厚度，但这种物理剥离的方式引起的结构损伤在二维有机无机杂化钙钛矿中表现的更加严重，由于有机层的存在，层与层之间的范德华相互作用更弱，会更容易发生断裂(Layers.Nat.Mater.2016,15,1255
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1260；Materials Today Energy 2018,7,149
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160.)。因此开发缺陷小的大面积无铅钙钛矿同时具有良好的光电探测性能的单晶膜是十分必要的。
[0004]为此，本专利技术旨在提供一种大面积无铅钙钛矿单晶膜、制备方法及其应用，以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决上述问题，提供一种大面积无铅钙钛矿单晶膜、制备方法及其应用，所述的制备方法是通过利用空气
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溶剂的界面作用制备得到无铅钙钛矿单晶膜，所述方法具有制备简单、成本低廉、操作简易等优势，制备所得的膜具有连续性，大面积，且表面平整，可实现在3
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560μm厚度可调等特点，基于该钙钛矿所制备的X射线探测器实现了超低暗电流，高开关比。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种大面积无铅钙钛矿单晶膜，所述大面积无铅钙钛矿单晶膜为晶体材料，所述晶体材料由如下分子式的化合物构成：(C7H
16
N)2CuBr4；
[0008]所述化合物分子式中的(C7H
16
N)
+
为质子化的环己甲胺阳离子；
[0009]所述晶体材料属正交晶系，结晶于空间群Pbca，晶胞参数为：所述晶体材料属正交晶系，结晶于空间群Pbca，晶胞参数为：α(
°
)＝β(
°
)＝γ(
°
)＝90；
[0010]所述大面积无铅钙钛矿单晶膜，由环己甲胺阳离子和[CuBr4]2‑
阴离子组成，且(C7H
16
N)2CuBr4是由[CuBr6]4‑
八面体共顶点相连，且沿a轴方向被质子化的环己甲胺阳离子所分离形成的二维钙钛矿层。
[0011]本专利技术还提供一种大面积无铅钙钛矿单晶膜的制备方法，采用溶剂挥发法制备，将铜源、溴源、环己甲胺、溶剂在室温混合后于25～70℃下挥发溶剂生长单晶膜，制得大面积无铅钙钛矿单晶膜；所述铜源、环己甲胺、溴源的混合摩尔比例约为1:2:2；其中，铜源的物质的量以其中所含铜元素的物质的量数计，溴源的物质的量以其中所含溴元素的物质的量计；
[0012]所述铜源选自溴化铜、硫酸铜、硝酸铜中的一种或几种；
[0013]所述溴源选自溴酸。
[0014]进一步地，具体包括以下步骤：
[0015]S1、配制无铅二维钙钛矿材料的前驱体溶液，处理拟用于单晶生长的容器；
[0016]S2、将配制好的前驱体溶液用相应的过滤器过滤处理后加入至处理好的容器中；所述的过滤器为有机过滤器和水系过滤器中的一种；
[0017]S3、在一定条件下，前驱体溶液原位生长为单晶，得到所述无铅二维钙钛矿材料；所述条件为，前驱体溶液原位生长的温度为25～70℃，成膜时间不少于1小时。
[0018]进一步地，S1中配制前驱体溶液具体为：以环己甲胺作为有机胺阳离子，CuBr2为原料合成，将CuBr2在溶剂中充分搅拌至溶解，再加入质子化的环己甲胺，在室温条件下反应，置于25～70℃下挥发溶剂结晶；
[0019]S1中处理拟用于单晶生长的容器具体为：用于单晶生长的容器选自25mL烧杯、50mL烧杯、35mm培养皿、60mm培养皿或75mm培养皿中的一种；将所述容器依次用去离子水，无水乙醇中分别超声15min，氮气吹干，用等离子清洗机清洁处理。
[0020]进一步地，配制前驱体溶液所使用的溶剂为去离子水、无水乙醇、乙腈、甲醇、异丙醇、二甲基亚砜(DMSO)，N,N
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二甲基甲酰胺(DMF)中的一种或多种。
[0021]进一步地，配制前驱体溶液所使用的溶剂为无水乙醇、去离子水的一种或二种混合。
[0022]进一步地，配制前驱体溶液所使用的溶剂为无水乙醇和去离子水，且无水乙醇和去离子水的比例为0～3:1。
[0023]本专利技术还提供一种大面积无铅钙钛矿单晶膜的制备方法制得的单晶膜在制备X射线探测器的应用，制备X射线探测器的步骤如下：将制备的钙钛矿单晶膜(0.56mm)置于真空干燥烘箱中干燥，再将其置于等离子清洗机进行表面处理，然后在膜的表面蒸镀120nm厚度的金电极，得到基于钙钛矿单晶的X射线探测器。
[0024]在本专利技术中，本专利技术提供的制备具有一定的厚度可调节性的大面积无铅钙钛矿单晶膜，能够适应一定范围的光电器件制备条件。根据本专利技术上述方法制备的钙钛矿单晶膜的厚度在3
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560μm可调，且膜厚均匀。
[0025]本专利技术所制备的大面积无铅钙钛矿单晶膜质量高，膜面积理论可以无限延伸，厚度在一定范围内可控。
[0026]本专利技术将采用上述方法制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大面积无铅钙钛矿单晶膜，其特征是：所述大面积无铅钙钛矿单晶膜为晶体材料，所述晶体材料由如下分子式的化合物构成：(C7H
16
N)2CuBr4；所述化合物分子式中的(C7H
16
N)
+
为质子化的环己甲胺阳离子；所述晶体材料属正交晶系，结晶于空间群Pbca，晶胞参数为：所述晶体材料属正交晶系，结晶于空间群Pbca，晶胞参数为：α(
°
)＝β(
°
)＝γ(
°
)＝90；所述大面积无铅钙钛矿单晶膜，由环己甲胺阳离子和[CuBr4]2‑
阴离子组成，且(C7H
16
N)2CuBr4是由[CuBr6]4‑
八面体共顶点相连，且沿a轴方向被质子化的环己甲胺阳离子所分离形成的二维钙钛矿层。2.一种大面积无铅钙钛矿单晶膜的制备方法，其特征是：采用溶剂挥发法制备，将铜源、溴源、环己甲胺、溶剂在室温混合后于25～70℃下挥发溶剂生长单晶膜，制得大面积无铅钙钛矿单晶膜；所述铜源、环己甲胺、溴源的混合摩尔比例约为1:2:2；其中，铜源的物质的量以其中所含铜元素的物质的量数计，溴源的物质的量以其中所含溴元素的物质的量计；所述铜源选自溴化铜、硫酸铜、硝酸铜中的一种或几种；所述溴源选自溴酸。3.如权利要求2所述的一种大面积无铅钙钛矿单晶膜的制备方法，其特征是：具体包括以下步骤：S1、配制无铅二维钙钛矿材料的前驱体溶液，处理拟用于单晶生长的容器；S2、将配制好的前驱体溶液用相应的过滤器过滤处理后加入至处理好的容器中；所述的过滤器为有机过滤器和水系过滤器中的一种；S3、在一定条件下，前驱体溶液原位生长...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建荣，冯艳，刘浪，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：