[發明專利]一種誘導鹵化物鈣鈦礦單晶成為雜質中間帶半導體的方法

在審

• 申請號: 201911364797.2
• 申請日: 2019-12-26
• 公開（公告）號: CN113046829A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 武莉莉;韓利鵬;劉才
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C30B29/12
• 分類號: C30B29/12;C30B7/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種雜質中間帶鹵化物鈣鈦礦單晶材料的制備方法及其應用。該制備方法可以在鹵化物鈣鈦礦單晶材料的禁帶中引入一個新的雜質能帶，通過能帶結構的調控，在不改變其帶隙大小的情況下大幅拓寬其光響應范圍。本方法制備的雜質中間帶鹵化物鈣鈦礦單晶材料具有光譜響應范圍可調，制備簡單，成本低廉等優點，在光電探測器、發光二極管、光催化等領域有巨大的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種雜質中間帶鹵化物鈣鈦礦單晶材料及其制備方法，該材料可用于發光二極管，光電探測器、光子晶體等方面，屬于晶體制備技術和功能材料學領域。

背景技術

對于半導體材料而言，能帶結構是其十分重要的性質，在半導體禁帶中引入中間能帶可以在不改變材料帶隙的情況下，增大其光響應范圍，可極大拓寬其在太陽能電池、光催化、發光二極管、光電探測器等領域的應用。目前，獲得中間能帶的方式主要有以下三種：利用能帶裁剪或者量子尺寸效應；摻入高濃度的深能級雜質，形成雜質中間帶；引入等電子中心形成高失配合金。

對于典型有機無機鹵化物鈣鈦礦ABX₃，A一般指的是有機胺離子，B指的是二價金屬離子，X表示鹵素離子。鹵化物鈣鈦礦材料具有無機材料和有機材料的雙重優勢，在光電應用領域逐漸擁有越來越大的影響力。鹵化物鈣鈦礦材料一般使用溶劑法制備，可以通過調控前驅液中不同組分的比例來輕易實現摻雜，這為制備雜質中間帶鹵化物鈣鈦礦材料提供極大的便利。因為雜質中間帶材料是靠引入外來雜質離子誘導產生雜質能帶而獲得的，而多晶鹵化物鈣鈦礦材料本身不可避免地存在大量缺陷，這勢必會對雜質中間帶鹵化物鈣鈦礦半導體材料的制備產生較大影響。鹵化物鈣鈦礦單晶材料具有低缺陷密度，有利于雜質中間帶鹵化物鈣鈦礦材料的制備，并能夠提供更多關于中間帶材料的本征物理性質，可極大促進中間帶半導體材料的理論發展，同時該類材料將作為全新的功能材料在多個領域發揮更大作用。

發明內容

鹵化物鈣鈦礦具有帶隙可調，光吸收系數大，載流子壽命長，對缺陷的容忍度高等特點，在諸多光電領域都有廣泛的應用。典型鹵化物鈣鈦礦材料的價帶頂由Pb的6s和鹵素離子的最外層p軌道構成，而其導帶底主要由Pb的6p軌道構成。鹵化物鈣鈦礦的能帶性質主要隨二價金屬陽離子和鹵素離子種類的變化而不同。鹵化物鈣鈦礦單晶材料簡單的溶液逆溫度結晶制備法有利于高濃度、大劑量摻雜工藝的實現和成本管控。本發明可通過改變摻入鹵化物鈣鈦礦主體晶格中雜質離子的種類和濃度，調控雜質中間能帶的位置，并改善材料的光電性質。雜質中間帶鈣鈦礦材料在中間帶太陽能電池，可調發光二級管，光催化等領域有巨大應用潛力。

本發明申請披露了一種雜質中間帶鹵化物鈣鈦礦單晶材料的制備。

本發明申請披露的中間帶鹵化物鈣鈦礦單晶材料制備方法包括：A、B、C、X和Y位離子的選取，通過逆溫度結晶法，使用特定離子摻雜來誘導鹵化物鈣鈦礦單晶的帶隙中形成雜質中間能帶。

本發明申請披露的雜質中間帶鹵化物鈣鈦礦單晶材料的結構通式為：A(B_mC_1-m)X_nY_3-n。

A(B_mC_1-m)X_nY_3-n中，0.7 m ≤ 1，2 n ≤ 3。

進一步，A選自CH₃NH₃⁺、CH(NH₂)₂⁺、Cs⁺、K⁺、Rb⁺的至少一種。

進一步，B選自Pb²⁺，Sn²⁺中的至少一種。