二维/三维CsPbBr3基钙钛矿单晶异质结的生长方法

本发明属于钙钛矿制备技术及应用领域，具体涉及一种二维/三维cspbbr3基钙钛矿单晶异质结的生长方法。

背景技术：

1、高性能的x射线探测器在环境监测、医学诊断、安全检查、空间科学等众多领域有广泛的应用，与国计民生息息相关。然而，x射线源可能会对人体健康造成危害，并可能因辐射泄漏而导致设备损坏，因此，需要设计出高灵敏度、低检测限、高分辨率的x射线探测器件。

2、相关技术中，金属卤化物钙钛矿由于大的x射线衰减系数、高缺陷容忍度和高的电荷收集效率在x射线探测领域获得了长足的发展。其中，全无机卤化物钙钛矿单晶cspbbr3由于有三维(3d)框架结构，兼具优异的光电性能和良好的稳定性，成为核辐射探测器最具有吸引力的材料之一；但是该材料还存在以下问题：1、电阻率偏低，通常在107ωcm～109ωcm范围内，比商用的czt晶体(1010ωcm～1011ωcm)低2～3个数量级，导致探测器件噪声电流较高；2、3d钙钛矿单晶具有严重的离子迁移特性，使得器件工作电流的稳定性差。

3、然而，现阶段采用外延生长异质结方法中，逆温结晶法具有设备简单，晶体生长快等优点，但是在晶体生长过程中溶剂分子易进入晶体内部形成络合物中，从而影响晶体的质量和纯度；降温结晶法具有适用性强，生长易受控制等优点，但是降温结晶法不适用于在高温下溶解度低或者溶解度温度系数低的体系。

4、因此，亟需改善现有技术中存在的缺陷。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种二维/三维cspbbr3基钙钛矿单晶异质结的生长方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、第一方面，本发明提供一种二维/三维cspbbr3基钙钛矿单晶异质结的生长方法，包括：

3、提供一玻璃片；

4、将经过定向切割并抛光的cspbbr3单晶衬底粘接在玻璃片的上表面，并放入制备好的钙钛矿前驱体溶液中，制备好的钙钛矿前驱体溶液置于试剂瓶中；其中，将钙钛矿前驱体原料加入由不同比例的良溶剂和反溶剂配置的混合溶剂，得到制备好的钙钛矿前驱体溶液；

5、将试剂瓶放入水槽中，使用降温结晶法在cspbbr3单晶衬底背离玻璃片的一侧外延生长二维钙钛矿单晶薄膜，得到二维/三维cspbbr3基钙钛矿单晶异质结。

6、本发明的有益效果：

7、本发明提供的一种二维/三维cspbbr3基钙钛矿单晶异质结的生长方法，在玻璃片上粘接经过定向切割并抛光的cspbbr3单晶衬底，将粘接在玻璃片上的cspbbr3单晶衬底放入装有制备好的钙钛矿前驱体溶液的试剂瓶中，在制备好的钙钛矿前驱体溶液装入试剂瓶之前，需要将钙钛矿前驱体溶液搅拌溶解，将试剂瓶密封，将试剂瓶放入水槽中，以一定的降温速率降温，使用反溶剂降温法进行生长二维钙钛矿单晶薄膜，得到二维/三维cspbbr3基钙钛矿单晶异质结，二维/三维cspbbr3基钙钛矿单晶异质结结由2d钙钛矿单晶薄膜和cspbbr3单晶衬底组成。通过改变反溶剂种类或添加比例，可以改变异质结降温速率和生长时间，通过精确控制降温速率以及反溶剂含量来控制异质结的生长，得到2d钙钛矿单晶薄膜，如此，获取的二维/三维cspbbr3基钙钛矿单晶异质结，相比于3d钙钛矿单晶，2d钙钛矿单晶的间隔阳离子产生的量子阱效应，使离子激活能(ea)增大，可有效抑制离子迁移，提高探测器件的耐偏压稳定性；同时，间隔阳离子作用使2d钙钛矿单晶比3d钙钛矿单晶的带隙大，降低了材料的本征载流子浓度，有利于降低噪声，提升探测器对弱x射线信号的探测能力，并且间隔阳离子就具有疏水性，可以在一定程度上隔绝水氧，使得2d钙钛矿单晶的环境稳定性比3d钙钛矿单晶更优异。因此，相比于构造3d/3d钙钛矿单晶异质结器件，在3d钙钛矿单晶表面外延生长一层晶格相近的2d钙钛矿单晶不仅能在一定程度上钝化3d钙钛矿单晶表面缺陷，抑制离子迁移，还能在一定程度上使其在空气中不容易受氧气、水蒸气、光照的影响而发生降解，进而提升探测器件的环境稳定性。

8、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种二维/三维cspbbr3基钙钛矿单晶异质结的生长方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的二维/三维cspbbr3基钙钛矿单晶异质结的生长方法，其特征在于，所述经过定向切割并抛光的cspbbr3单晶衬底的制备过程包括：

3.根据权利要求1所述的二维/三维cspbbr3基钙钛矿单晶异质结的生长方法，其特征在于，所述二维钙钛矿单晶薄膜的材料包括r2pbx4；其中，r为有机大分子，r包括pea+、fpea+、nea+、nma+或pma+，x为卤化物，x包括cl-、br-或i-。

4.根据权利要求1所述的二维/三维cspbbr3基钙钛矿单晶异质结的生长方法，其特征在于，所述制备好的钙钛矿前驱体溶液为(pea)2pbcl4，所述钙钛矿前驱体原料包括摩尔比为2:1的peacl和pbcl2；所述良溶剂包括二甲基亚砜，所述反溶剂包括甲醇、异丙醇、二氯甲烷或甲苯，所述混合溶剂比例为1:n的所述良溶剂和所述反溶剂；将所述钙钛矿前驱体原料加入所述混合溶剂中，在50℃的水浴锅中搅拌溶解，得到所述制备好的钙钛矿前驱体溶液；

5.根据权利要求1所述的二维/三维cspbbr3基钙钛矿单晶异质结的生长方法，其特征在于，所述制备好的钙钛矿前驱体溶液为(pea)2pbbr4，所述钙钛矿前驱体原料包括摩尔比为2:1的peabr和pbbr2；所述良溶剂包括n-n-二甲基甲酰胺，所述反溶剂包括甲醇、异丙醇、二氯甲烷或甲苯，所述混合溶剂比例为1:n的所述良溶剂和所述反溶剂；将所述钙钛矿前驱体原料加入所述混合溶剂中，在50℃的水浴锅中搅拌溶解，得到所述制备好的钙钛矿前驱体溶液；

6.根据权利要求1所述的二维/三维cspbbr3基钙钛矿单晶异质结的生长方法，其特征在于，所述制备好的钙钛矿前驱体溶液为(pea)2pbi4，所述钙钛矿前驱体原料包括摩尔比为2:1的peai和pbi2；所述良溶剂包括γ-丁内酯，所述反溶剂包括甲醇、异丙醇、二氯甲烷或甲苯，所述混合溶剂比例为1:n的所述良溶剂和所述反溶剂；将所述钙钛矿前驱体原料加入所述混合溶剂中，在80℃的水浴锅中搅拌溶解，得到所述制备好的钙钛矿前驱体溶液；

7.根据权利要求1所述的二维/三维cspbbr3基钙钛矿单晶异质结的生长方法，其特征在于，所述制备好的钙钛矿前驱体溶液为(nea)2pbcl4，所述钙钛矿前驱体原料包括摩尔比为2:1的neacl和pbcl2；所述良溶剂包括次氯酸，所述反溶剂包括甲醇、异丙醇、二氯甲烷或甲苯，所述混合溶剂比例为1:n的所述良溶剂和所述反溶剂；将所述钙钛矿前驱体原料加入所述混合溶剂中，在80℃的水浴锅中搅拌溶解，得到所述制备好的钙钛矿前驱体溶液；

8.根据权利要求1所述的二维/三维cspbbr3基钙钛矿单晶异质结的生长方法，其特征在于，所述制备好的钙钛矿前驱体溶液为(nea)2pbbr4，所述钙钛矿前驱体原料包括摩尔比为2:1的neabr和pbbr2；所述良溶剂包括氢溴酸，所述反溶剂包括甲醇、异丙醇、二氯甲烷或甲苯，所述混合溶剂比例为1:n的所述良溶剂和所述反溶剂；将所述钙钛矿前驱体原料加入所述混合溶剂中，在80℃的水浴锅中搅拌溶解，得到所述制备好的钙钛矿前驱体溶液；

9.根据权利要求1所述的二维/三维cspbbr3基钙钛矿单晶异质结的生长方法，其特征在于，所述制备好的钙钛矿前驱体溶液为(nea)2pbi4，所述钙钛矿前驱体原料包括摩尔比为2:1的neai和pbi2；所述良溶剂包括氢碘酸，所述反溶剂包括甲醇、异丙醇、二氯甲烷或甲苯，所述混合溶剂比例为1:n的所述良溶剂和所述反溶剂；将所述钙钛矿前驱体原料加入所述混合溶剂中，在80℃的水浴锅中搅拌溶解，得到所述制备好的钙钛矿前驱体溶液；

10.根据权利要求1所述的二维/三维cspbbr3基钙钛矿单晶异质结的生长方法，其特征在于，还包括：使用0.22μm孔径的微孔过滤器对所述制备好的钙钛矿前驱体溶液进行过滤。

技术总结
本发明公开了一种二维/三维CsPbBr<subgt;3</subgt;基钙钛矿单晶异质结的生长方法，包括：提供一玻璃片；将经过定向切割并抛光的CsPbBr<subgt;3</subgt;单晶衬底粘接在玻璃片的上表面，并放入制备好的钙钛矿前驱体溶液中，制备好的钙钛矿前驱体溶液置于试剂瓶中；其中，将钙钛矿前驱体原料加入由不同比例的良溶剂和反溶剂配置的混合溶剂，得到制备好的钙钛矿前驱体溶液；将试剂瓶放入水槽中，使用降温结晶法在CsPbBr<subgt;3</subgt;单晶衬底背离玻璃片的一侧外延生长二维钙钛矿单晶薄膜，得到二维/三维CsPbBr<subgt;3</subgt;基钙钛矿单晶异质结。本发明能在一定程度上钝化3D钙钛矿单晶表面缺陷，抑制离子迁移。

技术研发人员：习鹤,徐庄婕,陈丹丹,张春福,朱卫东,陈大正,周龙,马晓华
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16