[發明專利]一種雙鈣鈦礦單晶及其制備方法和應用、雙鈣鈦礦單晶光電探測器

有效

• 申請號: 202111133479.2
• 申請日: 2021-09-27
• 公開（公告）號: CN113862785B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 高云;汪慧;胡輝;凱文·彼得·霍姆伍德;李榮
• 申請（專利權）人: 湖北大學
• 主分類號: C30B29/12
• 分類號: C30B29/12;C30B7/14;C30B7/08;H01L31/102;H01L31/0224
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 申素霞

本發明提供了一種雙鈣鈦礦單晶及其制備方法和應用、雙鈣鈦礦單晶光電探測器，涉及單晶材料技術領域。本發明提供的Cs₂AgEr_xBi_1?xCl₆(x為0～0.9)雙鈣鈦礦單晶的粒度≥1mm。與納米級單晶相比，本發明提供的雙鈣鈦礦單晶具有更低的缺陷，更高的載流子壽命和遷移率，光致發光性能和環境穩定性優異，應用于光電器件中能夠提高光電器件的整體性能；還有利于探究材料的光電特性。進一步的，摻鉺雙鈣鈦礦單晶顯著提高光電探測的光響應率和探測率。而且，傳統的雙鈣鈦礦納米單晶需制成薄膜再應用于光電器件中，而本發明提供的雙鈣鈦礦單晶可直接應用于光電器件中，無需先制備成膜，應用簡單，成本低。

技術領域

本發明涉及單晶材料技術領域，具體涉及一種雙鈣鈦礦單晶及其制備方法和應用、雙鈣鈦礦單晶光電探測器。

背景技術

鹵化鉛鈣鈦礦(APbX₃，其中A＝CH(NH₂)₂⁺、CH₃NH₃⁺或Cs⁺；X＝Cl^-，Br^-，I^-)由于具有高電荷載流子遷移率、平衡的電子-空穴傳輸、高吸收系數、可調節的帶隙和長的載流子擴散長度的特性，已被確定為光伏和光電應用中極具前景的高效材料。然而，鹵化鉛鈣鈦礦長期暴露在光、濕度或高溫下，性質不穩定，大大縮短了設備的使用壽命；而且，鉛的固有毒性及其在生態系統中的生物累積限制了鹵化鉛鈣鈦礦的商業應用和發展。利用金屬離子取代鹵化鉛鈣鈦礦中的Pb²⁺來制備無鉛鈣鈦礦，能夠減少鉛的毒性問題并提高鹵化鉛鈣鈦礦的穩定性。例如，Sn²⁺取代鹵化鉛鈣鈦礦中的Pb²⁺來制備無鉛鈣鈦礦(CsSnX₃，X＝Cl、Br或I)。然而，Sn²⁺易氧化為Sn⁴⁺，導致CsSnX₃在環境條件下的穩定性極低，電荷輸運性差，這嚴重影響了設備的耐久性和再現性。

研究發現M⁺和M³⁺替換兩個Pb²⁺以生成四元A₂M⁺M³⁺X₆化合物(也稱為雙鈣鈦礦)，不僅保持了3D鈣鈦礦晶體結構，而且還保持了中性電荷。因此，雙鈣鈦礦為解決雜化鈣鈦礦的不穩定性和毒性問題提供了一種新的選擇。例如，Cs₂AgBiX₆是一種新型雙鈣鈦礦材料，具有較高的光致發光效率和環境穩定性。然而，現有的Cs₂AgBiCl₆雙鈣鈦礦材料均為納米晶體，其單晶粒徑小，限制其在光電子器件中的應用。因此，開發一種大尺寸雙鈣鈦礦Cs₂AgBiCl₆單晶以提高光電器件的整體性能具有重要的實用價值。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種雙鈣鈦礦單晶及其制備方法和應用、雙鈣鈦礦單晶光電探測器，本發明提供的雙鈣鈦礦單晶粒度為毫米級，粒徑大，具有低缺陷密度和優異的電輸運性能，光致發光性能和環境穩定性優異。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種雙鈣鈦礦單晶，化學元素組成為Cs₂AgEr_xBi_1-xCl₆，其中，x為0～0.7；所述雙鈣鈦礦單晶的粒度≥1mm。

優選的，所述雙鈣鈦礦單晶的粒度為3～8mm。

本發明提供了上述技術方案所述雙鈣鈦礦單晶的制備方法，包括以下步驟：