[發明專利]一種具有陷光結構的鈣鈦礦單晶及其制備方法

有效

• 申請號: 201910959359.4
• 申請日: 2019-10-10
• 公開（公告）號: CN110541187B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 劉生忠;張云霞;劉渝城
• 申請（專利權）人: 陜西師范大學
• 主分類號: C30B7/00
• 分類號: C30B7/00;C30B29/12
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陳翠蘭

本發明一種具有陷光結構的鈣鈦礦單晶及其制備方法，操作簡單，成功率高，能夠原位生長，陷光結構質量高。所述制備方法，將表面具有陷光結構的模板經活化處理后放入ABX₃鈣鈦礦前驅溶液中，前驅溶液在具有陷光結構的模板表面異相成核，進而原位生長出與模板表面陷光結構相反的具有表面陷光結構的ABX₃鈣鈦礦單晶；其中，A為CH₃NH₃⁺、H₂N?CH＝NH₂⁺、(CH₃)₄N⁺、C₇H₇⁺、Cs⁺或C₃H₁₁SN₃²⁺；B為Pb、Ge或Sn；X為Cl、Br或I。通過采用具有穩定的陷光結構的材料為模板，鈣鈦礦生長液在具有凹凸的表面結構的模板上異相成核，進而原位生長出與模板結構相反的具有表面陷光結構的鈣鈦礦單晶。

技術領域

本發明涉及鈣鈦礦晶體領域，具體為一種具有陷光結構的鈣鈦礦單晶及其制備方法。

背景技術

近年來，鈣鈦礦太陽能電池因其具有低成本，快速提升的光電轉換效率等優勢在光伏太陽能電池領域收到極大的關注。目前，如何進一步提高鈣鈦礦電池的光電轉換效率和穩定性成為最重要的研究課題。同時，鈣鈦礦材料也廣泛應用于光探測器的研究。然而，鈣鈦礦太陽能電池大多都是基于多晶薄膜。眾所周知，相比與多晶薄膜，單晶材料由于沒有晶界、晶隙等反應界面，具有更寬的吸收范圍，更低的缺陷態密度，更高的載流子遷移率，更長的載流子壽命和更好的穩定性。因此，基于單晶鈣鈦礦材料的太陽能電池將會帶來新一輪的技術飛躍。

但是，由于高質量的鈣鈦礦單晶具有光滑的表面結構，會大大增加光的反射，從而減少對入射光的吸收，進而降低其太陽能電池的轉換效率及其光探測器的響應率。因此，有必要尋找方法去改變鈣鈦礦單晶表面結構，從而降低對光的反射，進而增強光吸收。然而，由于鈣鈦礦單晶的生長是采用溶液法，溶液極易對晶體表面形貌進行二次改變，因此陷光結構采用的都是二次化學處理方法，無法在鈣鈦礦晶體生長的時候一次成型。目前還沒有公開制備出具有完美表面陷光結構的鈣鈦礦單晶。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種具有陷光結構的鈣鈦礦單晶及其制備方法，操作簡單，成功率高，能夠原位生長，陷光結構質量高。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種具有陷光結構的鈣鈦礦單晶的制備方法，將表面具有陷光結構的模板經活化處理后放入ABX₃鈣鈦礦前驅溶液中，前驅溶液在具有陷光結構的模板表面異相成核，進而原位生長出與模板表面陷光結構相反的具有表面陷光結構的ABX₃鈣鈦礦單晶；其中，A為CH₃NH₃⁺、H₂N-CH＝NH₂⁺、(CH₃)₄N⁺、C₇H₇⁺、Cs⁺或C₃H₁₁SN₃²⁺；B為Pb、Ge或Sn；X為Cl、Br或I。

優選的，模板表面的陷光結構為凹凸不平結構，凹凸不平結構為多個重復的單元結構。

進一步，單元結構為金字塔、倒金字塔、球狀或半球狀凹陷的孔洞結構，單元結構直徑為20nm-150um。

優選的，模板采用具有陷光結構的晶體硅，不銹鋼或陣列排布的聚苯乙烯小球板。