[發明專利]一種非鉛鈣鈦礦材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210184841.7
• 申請日: 2022-02-18
• 公開（公告）號: CN114560500A
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 吳存存;張亞飛;張賢;李日;鄭士建
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: C01G30/00
• 分類號: C01G30/00;H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

本發明為一種非鉛鈣鈦礦材料及其制備方法和應用。該非鉛鈣鈦礦材料的結構通式為Cs₃Sb_2?xBi_xA_9?yB_y，其中，A、B為F、Cl、Br或I；且A和B不相同，0＜x≤0.8，0＜y≤5。材料中還可以含有添加劑。所述的制備方法中，通過溶液法結合低壓輔助處理的方法，實現致密平整的高質量非鉛鈣鈦礦薄膜的制備。本發明制備方法高效、制備工藝簡單，制備的材料低毒、穩定性好，基于本發明得到的非鉛鈣鈦礦材料可用于太陽能電池、光電探測器以及輻射探測器等諸多光電功能器件領域。

技術領域

本發明屬于半導體光電材料與器件領域，具體涉及一種非鉛鈣鈦礦材料及該材料的制備方法和該材料在光伏器件和光電探測器中的應用。

背景技術

有機-無機雜化鈣鈦礦材料因其優異的光物理特性已經引起了人們的廣泛研究，包括對其本身的結構、光電性質的研究以及其在各類光電器件中的應用，如：光伏器件、發光二極管、光電探測器以及晶體管等。其中，作為光伏器件其光電轉化效率已經達到了25.7％，接近于單晶硅電池的效率，展現出極大的應用前景；作為發光二極管，其紅光和綠光的外量子效率都已經突破了20％；作為光電探測器，已經實現了從射線-紫外-可見光-近紅外光的探測。這些眾多的研究都表明，鈣鈦礦光電器件已經展現出極大的應用前景。

但是，目前報道的具有優異光電特性的鈣鈦礦材料都是基于鉛基的有機-無機雜化鈣鈦礦材料，該材料本身含鉛具有毒性以及其本征穩定性較差嚴重影響其實際應用，因此，開發新型的具有良好本征穩定性的非鉛鈣鈦礦材料對鈣鈦礦材料及其光電器件的發展至關重要。

近幾年，人們發現了一種極具前景的鉛元素替代物——銻元素。研究表明，銻基鈣鈦礦與鉛基鈣鈦礦相比，銻基鈣鈦礦具有較小的毒性和更高的材料穩定性，且其吸收系數以及能帶特征與鉛鈣鈦礦比較接近，其在半導體光電領域極具潛力。但是在太陽能電池領域，銻基鈣鈦礦材料制備的太陽能電池器件效率不高，目前報道的最高器件效率是以Rb_0.15Cs_2.85Sb₂Cl_xI_9-x為鈣鈦礦層的太陽能電池，效率僅為2.46％，較低的器件效率表明銻基鈣鈦礦太陽能電池還有極大的發展空間。

發明內容

本發明的目的為針對上述現有技術的不足，提供了一種非鉛鈣鈦礦材料及其制備方法和應用。該材料的結構通式為Cs₃Sb_2-xBi_xA_9-yB_y(其中A和B為F、Cl、Br和I中的兩種，0＜x≤0.8，0＜y≤5)；通過Bi元素的加入，來減少非鉛鈣鈦礦晶體的缺陷，提高其質量，改善其性能；制備方法中，通過溶液法結合低壓輔助處理的方法，實現致密平整的高質量Cs₃Sb_2-xBi_xI_9-yCl_y(其中A和B為F、Cl、Br和I中的兩種，0＜x≤0.8，0＜y≤5)薄膜的制備，本發明制備方法高效、制備工藝簡單，制備的材料低毒、穩定性好，基于本發明得到的非鉛鈣鈦礦材料可用于太陽能電池、光電探測器以及輻射探測器等諸多光電功能器件領域。

本發明提供的技術方案是：

一種非鉛鈣鈦礦材料，所述非鉛鈣鈦礦材料的結構通式為Cs₃Sb_2-xBi_xA_9-yB_y，其中，A、B為F、Cl、Br或I；且A和B不相同，0＜x≤0.8，0＜y≤5。

所述非鉛鈣鈦礦材料的制備方法，該方法包括如下步驟：

(1)將鹵化銻、鹵化鉍、鹵化銫加入到溶劑中，溶解后得到前驅液；