[發(fā)明專利]CsSnBr3半導(dǎo)體的晶體生長(zhǎng)與表面保護(hù)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710137123.3
• 申請(qǐng)日: 2017-03-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107059122A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 米啟兮;李炳翰;夏宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C30B29/12
• 分類號(hào): C30B29/12;C30B7/08;H01L31/0216;H01L31/032
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司31001
• 代理人: 翁若瑩,柏子雵

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及CsSnBr₃半導(dǎo)體材料的晶體生長(zhǎng)及其表面保護(hù)方法。

背景技術(shù)

具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的一大類新型材料具有優(yōu)異的半導(dǎo)體性質(zhì)，在光電轉(zhuǎn)化領(lǐng)域存在巨大的應(yīng)用前景，引起了全世界的廣泛關(guān)注。近年，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池性能增長(zhǎng)迅速，目前實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證的能量轉(zhuǎn)化效率已達(dá)22％，超過(guò)了大部分商用太陽(yáng)能電池，而其生產(chǎn)成本比硅太陽(yáng)能電池更低。

在鈣鈦礦材料的ABX3結(jié)構(gòu)中，A為大的堿金屬離子(常見(jiàn)Cs⁺)或有機(jī)陽(yáng)離子(常見(jiàn)甲銨陽(yáng)離子MA⁺和甲脒陽(yáng)離子FA⁺)，B為二價(jià)陽(yáng)離子Pb²⁺或Sn²⁺，X為鹵素陰離子(Cl^-，Br^-或I^-)。此類鈣鈦礦材料的一個(gè)普遍缺點(diǎn)是穩(wěn)定性較差，對(duì)空氣中的水分和氧敏感。含鉛鈣鈦礦材料由于封裝不嚴(yán)密或者破裂后，Pb²⁺外泄將毒害人體和環(huán)境，因此被RoHS標(biāo)準(zhǔn)禁止，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中受到巨大的限制。含錫鈣鈦礦中的Sn²⁺易被氧化為Sn⁴⁺，因此穩(wěn)定性比含鉛鈣鈦礦材料更低。目前鈣鈦礦的研究領(lǐng)域以含鉛材料為主，而含錫鈣鈦礦的研究受到其穩(wěn)定性的限制而進(jìn)展相對(duì)較慢。

本發(fā)明涉及到的鈣鈦礦半導(dǎo)體的化學(xué)式為CsSnBr₃，是一種不含鉛的無(wú)機(jī)材料。此前關(guān)于CsSnBr₃的制備和性質(zhì)的文獻(xiàn)報(bào)道為數(shù)不多。Barrett等人將等摩爾比的CsBr和Sn在氮?dú)庵懈稍锖螅訜崛苡?0倍當(dāng)量的氫溴酸中，緩慢冷卻后得到了CsSnBr₃晶體(J.SolidStateChem.，1974，9，308)。如果原料CsBr和SnBr₂從熱的乙二醇溶液中以1-2℃/天的速率降溫，可得到尺寸為1-3mm³的CsSnBr₃晶體，但其中以Cs₂SnBr₆的形式夾雜有少量Sn⁴⁺(J.Phys.C，1986，19，2391)。此外，還有從熔體中用坩堝下降法(J.Chem.Soc.Dalton Trans.，1975，1500；J.Mater.Sci.，1975，10，1449)以及用氣相傳輸法(J.Phys.C，1986，19，2391)生長(zhǎng)CsSnBr₃晶體的先例。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供CsSnBr₃半導(dǎo)體材料的制備及表面保護(hù)方法，以顯著地消除CsSnBr₃材料在體相內(nèi)和表面上的雜質(zhì)和缺陷。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了CsSnBr₃半導(dǎo)體的晶體生長(zhǎng)方法，其特征在于：將含有Cs⁺、Sn²⁺和Br^-的起始原料在乙二醇中加熱溶解，得到無(wú)色透明澄清溶液，緩慢降溫后得到黑色光亮的方塊狀CsSnBr₃半導(dǎo)體的晶體。

優(yōu)選地，所述的起始原料是由等摩爾CsBr和純化SnBr₂反應(yīng)制得的CsSnBr₃粉末。

優(yōu)選地，所使用乙二醇溶劑含水量小于50ppm。

優(yōu)選地，所述的起始原料與乙二醇溶劑的用量比例為0.30-0.35g/ml。

優(yōu)選地，所述緩慢降溫后得到黑色光亮的方塊狀CsSnBr₃半導(dǎo)體的晶體的過(guò)程為晶體生長(zhǎng)過(guò)程，晶體生長(zhǎng)過(guò)程在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行。

優(yōu)選地，晶體生長(zhǎng)過(guò)程的起始溫度為110-135℃，終止溫度為70-90℃。

優(yōu)選地，晶體生長(zhǎng)過(guò)程的降溫速率為0.2-0.5℃/小時(shí)。

本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)方案是還提供了由上述方法制備的CsSnBr₃半導(dǎo)體的晶體的表面保護(hù)方法，其特征在于：將CsSnBr₃半導(dǎo)體的晶體表面與含有氟化物的溶液接觸，或者將烴基銨鹽加入生長(zhǎng)CsSnBr₃半導(dǎo)體的晶體的母液中。

優(yōu)選地，所使用的氟化物為CsF、KF。

優(yōu)選地，所使用的烴基銨鹽為含有4-16個(gè)碳原子的溴化烴基銨。

優(yōu)選地，所使用的烴基銨鹽為含有0-1個(gè)苯環(huán)的溴化烴基銨。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：