[發明專利]一種基于羥基胺陽離子的鹵化物鈣鈦礦材料及其應用

有效

• 申請號: 201910539721.2
• 申請日: 2019-06-21
• 公開（公告）號: CN110229070B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 韓宏偉;梅安意
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C07C211/04
• 分類號: C07C211/04;C07C251/38;C07C229/08;H01L51/46
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

本發明屬于半導體材料技術領域，更具體地，涉及一種基于羥基胺陽離子的鹵化物鈣鈦礦材料及應用。本發明公開的新型的可用于鹵化物鈣鈦礦材料A位的如式(一)所示的羥基胺陽離子以及基于這類材料的鹵化物鈣鈦礦材料：其中，R₁和R₂各自獨立地為氫?H、甲基?CH₃，氨基?NH₂，羥基?OH，鹵代基?F、?Cl、?Br、?I或氰基?CN，且R₁和R₂不同時為氫?H。拓展了鹵化物鈣鈦礦材組分與性能設計調控的靈活性，同時羥基胺陽離子中羥基的存在可以賦予鹵化物鈣鈦礦材料更多的有機材料特性。

技術領域

本發明屬于半導體材料技術領域，更具體地，涉及一種基于羥基胺陽離子的鹵化物鈣鈦礦材料及應用。

背景技術

能源、信息、材料是人類社會快速發展的基石，材料的發展是能源、信息科學進步的基礎。半導體材料被認為是21世紀重大的戰略性行業，半導體材料領域涉及到人類生活所需的方方面面，諸如光伏發電、照明顯示、信息傳感等。當前全球半導體產業總值已達數千億美元。

半導體產業的發展依賴于半導體材料的進步。晶硅半導體技術的發展在信息領域促進了計算機的快速迭代更新，引發了深刻的社會變革，加速了人類文明演化的進程；晶硅半導體技術的發展在能源領域促進了光伏發電清潔新能源技術的快速發展，當前基于晶硅技術的太陽能電池發電總量在整個人類能源需求中占有重要地位。進一步，氮化鎵、砷化鎵等鎵基半導體的發展，大幅度提升了光伏發電的光電轉換效率，為衛星、空間站在太空中的能源需求提供了很大幫助；同時這些新型半導體的發展也推動了照明、顯示行業的發展，其中白光LED的出現顯著提升了電光轉換效率。

探索新型高性能、低成本半導體材料的腳步一直沒有停止。金屬鹵化物鈣鈦礦半導體材料以其優異的半導體性能以及廉價、便于加工的特點在過去十多年間受到了廣泛重視與研究，目前基于鹵化物鈣鈦礦材料的光伏器件光電轉換效率已經達到24.2％，接近晶硅的最高效率；基于鹵化物鈣鈦礦材料的器件在近紅外、紅光、綠光波段性能優異，藍光波段正逐步取得突破；基于這類材料的探測器在光電探測以及X射線探測等領域也表現出了很高的靈敏度。總的來說，鈣鈦礦材料在多方面均已展現出了廣闊的發展前景。

鹵化物鈣鈦礦材料的一個顯著特點在于組分可調，通過組分調控可以實現鹵化物鈣鈦礦材料諸多性質的調整，比如這類材料的帶隙從1.2eV到3.1eV連續可調，這使得鹵化物鈣鈦礦材料有廣泛的應用前景?；诘庳撾x子I^-和鉛離子Pb²⁺的鹵化物鈣鈦礦材料以其較窄的帶隙等優異的半導體性能被廣泛研究使用，目前基于碘和鉛的鹵化物鈣鈦礦太陽能電池光電轉換效率已達23％以上，基于碘和鉛的鹵化物鈣鈦礦發光二極管發光外量子效率也在20％以上?？紤]到不同的A位陽離子對鹵化物鈣鈦礦材料的性能有著明顯的影響，比如MAPbI₃的帶隙約為1.57eV，而FAPbI₃的帶隙約為1.49eV，為了對鹵化物鈣鈦礦材料的性能進行進一步的優化，科研工作者們對鹵化物鈣鈦礦材料晶體結構中八面體間隙位置的一價陽離子進行了深入開發。