2D有机-无机杂化钙钛矿及其用途制造技术

描述了2D有机

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】2D有机
‑
无机杂化钙钛矿及其用途
[0001]交叉引用
[0002]本申请要求于2020年9月2日提交的、专利技术名称为“间隔物阳离子上三氟甲基取代诱导的2D钙钛矿的结构扭曲和带隙增加(Structural Distortion and Bandgap Increase of 2D Perovskites Induced by Trifluoromethyl
‑
Substitution on Spacer Cations)”的美国临时专利申请序列号63/073,711，以及于2021年9月1日提交的、专利技术名称为“2D有机
‑
无机杂化钙钛矿及其用途(2D Organic
‑
Inorganic Hybrid Perovskites and Uses Thereof)”的美国非临时专利申请序列号17/464,630的优先权的权益。


[0003]本专利技术大体上涉及光电子器件领域，具体涉及用于调整一些材料的带隙及其光学和电子性质的系统和方法。

技术介绍

[0004]有机
‑
无机杂化金属
‑
卤化物钙钛矿在过去十年中引起了科学和技术的兴趣(1、2)。二维(two
‑
dimensional，2D)金属卤化物钙钛矿(其中，无机骨架由庞大的有机间隔物分离)由于其有前途的稳定性、高光致发光量子产率(photoluminescence quantum yield，PLQY)和窄发射线宽，最近引起了人们的兴趣。
[0005]对于半导体材料(例如杂化钙钛矿)的带隙进行工程化的方法，具体地，对于实现蓝色发射的方法，在显示技术中引起了人们的兴趣。目前调节钙钛矿带隙的方法，例如混合卤化物阴离子的掺入，具有相分离和/或合成困难等缺点。
[0006]在这些材料中，带负电荷的金属卤化物八面体被排列成平行的平面，完全被阳离子有机分子分开(3)。通过调整相邻金属卤化物八面体之间的角度扭曲(distortion)，可以改变2D锡和碘化铅钙钛矿的带隙以及光学和电子性质(4
‑
10)。随着金属
‑
卤化物
‑
金属键角度偏离理想值180
°
，2D钙钛矿的带隙增加。对于由有机铵(R
‑
NH3)间隔物阳离子组成的钙钛矿，这种角度扭曲归因于阳离子
‑
NH
3+
基团在轴向卤素原子平面以下的穿透，由有机
‑
R部分之间的分子间相互作用确定(11)。但是，这些方法产生了受到相分离的影响和/或难以合成的材料。
[0007]需要高度稳定的材料，其易于合成，并且不会受到相分离的影响。
[0008]
技术介绍
的目的是揭示申请人认为可能与本专利技术相关的信息。没有必要承认也不应解释任何上述信息构成针对本专利技术的现有技术。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是提供2D有机
‑
无机杂化钙钛矿及其用途。根据本专利技术的一个方面，提供了具有化学式(I)的2D有机
‑
无机杂化钙钛矿：(R
‑
NH
3+
)2MX4，其中，R为：
[0010][0011]其中，R1为CF3或CF2CF3；m为1或2；n为1或2；M为Pb、Sn或Ge；X为I、Br或Cl。
[0012]根据本专利技术的另一方面，提供了本专利技术定义的有机
‑
无机杂化钙钛矿作为光电器件(例如发光二极管、激光二极管、光电二极管和太阳能电池)中的半导体材料的用途。
[0013]根据本专利技术的另一方面，提供了一种制备本专利技术的2D有机
‑
无机杂化钙钛矿的方法，包括以下步骤：提供包括以下的热含水的溶液：HX，其中，X为I、Br或Cl；金属阳离子，其中，M
2+
为Pb
2+
、Sn
2+
或Ge
2+
；胺，具有以下化学式：
[0014][0015]其中，R1为CF3或CF2CF3；m为1或2；n为1或2；在不受干扰的情况下冷却该热溶液，直到该溶液达到大约0℃至大约25℃的温度和形成有机
‑
无机杂化钙钛矿形式的晶体；收集、洗涤和干燥该有机
‑
无机杂化钙钛矿的晶体。
附图说明
[0016]图1A和图1C示出了根据本专利技术的一个实施例的(4
‑
CF3‑
PMA)2PbI4的晶体结构。
[0017]图1B和图1D示出了现有技术钙钛矿(F
‑
PMA)2PbI4的晶体结构。
[0018]图1E示出了(4
‑
CF3‑
PMA)2PbI4和(F
‑
PMA)2PbI4的旋涂薄膜的粉末X射线衍射图案。
[0019]图1F是示出(4
‑
CF3‑
PMA)2PbI4和(F
‑
PMA)2PbI4膜的UV
‑
VIS吸收光谱(点状曲线)和光致发光光谱(实线曲线)的图表。
[0020]图2A是示出显示不含任何配体的人工扭曲的负电荷无机2D碘化铅钙钛矿层的带隙与Pb
‑
I
‑
Pb键角之间的负相关的模拟结果的图表。
[0021]图2B是示出根据本专利技术的一个实施例的包含(4
‑
CF3‑
PMA)2PbI4的2D碘化铅钙钛矿的实验测量的光致发光带隙值(空心圆)与根据单晶X射线衍射数据通过密度泛函理论计算(实心圆)获得的那些值的比较的曲线图。
[0022]图3A是根据本专利技术的一个实施例的包含(4
‑
CF3‑
PMA)2PbI4的2D碘化铅钙钛矿的光致发光带隙能量与层间间隔距离之间的关系的曲线图。
[0023]图3B是根据本专利技术的一个实施例的包含(4
‑
CF3‑
PMA)2PbI4的2D碘化铅钙钛矿的光致发光带隙与Pb
‑
I
‑
Pb键角之间的关系的曲线图。
[0024]图3C是根据本专利技术的一个实施例的包含(4
‑
CF3‑
PMA)2PbI4的2D碘化铅钙钛矿的光致发光带隙与Pb
‑
I
‑
Pb键角之间的关系的曲线图。
[0025]图3D是根据本专利技术的一个实施例的包含(4
‑
CF3‑
PMA)2PbI4的2D碘化铅钙钛矿的光致发光带隙之间的关系的曲线图。
[0026]需要说明的是，在整个附图中，相同的特征由相同的附图标记标识。
具体实施方式
[0027]本专利技术涉及有机
‑
无机杂化钙钛矿材料，其已被观测到呈现蓝移光致发光。在本专利技术的杂化钙钛矿材料中，使用新型间隔物阳离子以将相邻金属...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种2D有机
‑
无机杂化钙钛矿，化学式(I)为：(R
‑
NH
3+
)2MX4(I)其中：R为其中，R1为CF3或CF2CF3；m为1或2；以及n为1或2；M为Pb、Sn或Ge；以及X为I、Br或Cl。2.根据权利要求1所述的钙钛矿，其中：R为3.根据权利要求1或2所述的钙钛矿，其中：M为Pb；X为I。4.根据权利要求1所述的钙钛矿，其中，R为5.根据权利要求1所述的钙钛矿，其中，R为6.根据权利要求1所述的钙钛矿，其中，R为7.根据权利要求1所述的钙钛矿，其中，R为
8.根据权利要求1至7中任一项所述的钙钛矿，其中，R1为CF3。9.根据权利要求1至7中任一项所述的钙钛矿，其中，R1为CF2CF3。10.根据权利要求1或7所述的钙钛矿，具有化学式(4
‑
CF3‑
PMA)2PbI4。11.根据权利要求1或6所述的钙钛矿，具有化学式(4
‑
CF3‑
PEA)2PbI4。12.一种根据权利要求1至11中任一项所述的有机
‑
无机杂化钙钛矿作为光电器件中的半导体材料的用途，其中，所述光电器件选自发光二极管、激光二极管、光电二极管和太阳能电池。13.一种制备根据权利要求1所述的2D有机
‑
无机杂化钙钛矿的方法，包括以下步骤：提供热的含水的溶液，其包括：HX，其中，X是I、Br或Cl；金属阳离子，其中，M

【专利技术属性】
技术研发人员：王佩玺，阿明，
申请(专利权)人：华为技术加拿大有限公司，
类型：发明
国别省市：