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太阳能薄膜电池基础材料钙钛矿的单晶制备

来源:弗尔德(上海)仪器设备有限公司 更新时间:2025-02-14 18:00:12 阅读量:393
导读:布里奇曼法作为一种重要的钙钛矿单晶制备方法,在科研领域有着广泛应用。\x0d\x0a本文引用曾在人工晶体学报中发表的题为《零维钙钛矿结构Cs3Cu2Br5单晶的生长和X射线探测性能》一文,作为该方法应用的案例。

金属卤基钙钛矿单晶以其优异的光电性能,如带隙可调、窄带、载流子扩散距离长等优势,在光电探测、太阳能电池等领域具有良好的应用前景,被认为是下一代杰出的光电探测材料。


01

钙钛矿单晶生长方法

钙钛矿单晶生长法常用的垂直布里奇曼法(vertical Bridgman method,VB) 也叫坩埚下降法、反溶剂扩散法和逆温结晶法(inversion crystallization method,ITC)。

 

垂直布里奇曼法(vertical Bridgman method,VB) 也叫坩埚下降法,是一种熔体生长晶体的方法。其原理为将盛满原料的坩埚置放在竖直的炉内,炉膛分上中下3部分,中间以隔热板隔开,上部高温区温度较高,能使坩埚内的原料维持熔融状态,中间部位温度梯度较大,通常为10~30 ℃/cm,下部低温区则温度较低。当坩埚在炉内由上往下缓缓下降到温度梯度区时,原料熔体就开始缓慢结晶。目前,VB 是生长中低熔点氧化物及卤化物闪烁、压电晶体、氟化物等光学晶体的主要方法。如铌镁钛酸铅和铌锌钛酸铅、光学晶体氟化钙等均采用VB生长得到。

 

反溶液扩散法是一种低温溶液生长晶体的方法,其原理主要是通过卤化物钙钛矿材料在不同溶剂中溶解度的差异,采用溶剂扩散的方式来调节前驱体的溶解度,进而达到结晶的目的。

 

逆温结晶法是生长卤化物钙钛矿的一种非常规的晶体生长方法,其主要原理是采用了逆温溶解机制,指的是卤化物钙钛矿材料的溶解度随着温度的升高而降低。


02

布里奇曼法制备钙钛矿案例

布里奇曼法作为一种重要的钙钛矿单晶制备方法,在科研领域有着广泛应用。本文引用曾在人工晶体学报中发表的题为《零维钙钛矿结构Cs3Cu2Br5单晶的生长和X射线探测性能》一文,作为该方法应用的案例。 

 

原文中,作者采用里奇曼坩埚下降法生长出全无机零维钙钛矿结构Cs3Cu2Br5单晶。具体的实验步骤为:将高纯的卤化物超干粉末CsBr( ≥99.99%) 和CuBr( ≥99.99%) 以3∶2的摩尔比称量并混合均匀,再装入直径7mm的石英坩埚中。将坩埚内部的真空度抽至小于10Pa后,利用等离子焊封装置封口。将焊封好的石英坩埚置于坩埚下降晶体生长炉中,由室温升温至600 ℃后保温24h,使原料熔融并充分混合。保温阶段结束后,将温度降至熔点( 约360 ℃) 附近,启动下降程序。晶体生长速率为0.4 mm/h,温度梯度约为20 ℃ /cm。生长结束后,关闭下降程序,以10 ℃ /h 的速率降至室温。经过上述操作,作者采用布里奇曼坩埚下降法生长出高质量Cs3Cu2Br5单晶,并研究了Cs3Cu2Br5的光学吸收、光致激发和发射,时间分辨光致发光和以及X射线探测性能。

测试得到的XRD 衍射峰与文献报道的Cs3 Cu2 Br5数据一致。


晶体结构示意图



卡博莱特盖罗 - 布里奇曼晶体生长炉

卡博莱特盖罗是专业制造晶体生长炉和设备的厂商。公司创始人Roland Geiger 和 Dr. Gerd Lamprecht,都来自位于斯图加特的Max-Planck Institut für Festk?rperfoschung晶体生长实验室。

Carbolite Gero在晶体生长设备领域有超过三十年的经验,针对布里奇曼晶体生长技术,专门研发了布里奇曼晶体生长炉,已在国内外有很多成功的经验和案例,助力很多实验室生产高质量的单晶,推动了化合物半导体,拓扑绝缘体,凝聚态物理中熵合金高熵合金的晶体生长工作。







弗尔德(上海)仪器设备有限公司隶属全球技术领先者-弗尔德集团旗下,提供最先进的样品处理与分析设备及解决方案。


旗下六大品牌:德国Retsch(莱驰)粉碎、研磨、筛分设备,德国Microtrac MRB(麦奇克莱驰)多功能粒度粒形分析仪,Carbolite?Gero(卡博莱特?盖罗)烘箱、高温烘箱、箱式马弗炉、灰化炉、管式马弗炉、气氛马弗炉、真空马弗炉、高温马弗炉及工业定制炉,Eltra(埃尔特)碳/氢/氧/氮/硫元素分析仪,QATM(奥德镁)切割机、镶嵌机、磨抛机、硬度计,Erweka (艾维卡) 药品药剂测试设备。


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