Yaş kimyasal yöntemlerle santimetre ebatlarında CsPbBr3 perovskit tek-kristal sentezi ve karakterizasyonu

Son yıllarda mükemmel optik ve elektriksel özelliklerinden dolayı organik madde içermeyen tamamen inorganik CsPbBr3 perovskit yapılar çok dikkat çekmektedir. CsPbBr3 tek-kristallerinin sentezi ile ilgili çalışmalar sınırlı sayıdadır. Bu deneysel çalışma kapsamında ilk aşamada CsPbBr3 tek-kristalinin hidrohalik çözelti yöntemi ve antisolvent buhar kristalizasyonu yöntemi ile sentez parametrelerinin ayrıntılı incelenmesi, tohumlama yöntemi kullanarak kristal boyutunun arttırılması ve son olarak elde edilen CsPbBr3'ün yapısının karakterize edilerek dedektörlerde kullanılabilirliğinin araştırılması amaçlanmıştır. Bu amaçlar doğrultusunda CsPbBr3 tek-kristalleri hidrohalik çözelti yöntemi ve antisolvent buhar kristalizasyonu yöntemi ile sentezlenmiştir. Hidrohalik çözelti yönteminde, CsPbBr3 kristallerinin HBr içindeki çözünürlük grafiği oluşturulmuştur. Öncü çözeltideki başlangıç oranının (Cs/Pb), farklı fazların (Cs4PbBr6, Cs2PbBr5) oluşumu üzerindeki etkisi incelenmiştir. Kontrollü sıcaklık düşürme ve sabit sıcaklık koşullarının kristalin boyutu ve morfolojisi üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Antisolvent buhar kristalizasyonu yönteminde başlangıç oranı ve antisolventin nihai ürün üzerindeki etkisi incelenmiştir. Her iki yöntemde de kristal boyutunu arttırmak için öncü çözeltiye düzgün morfolojiye sahip tohum eklenmiştir. Çalışmalar sonucunda, hidrohalik çözelti yöntemi ve antisolvent buhar kristalizasyonu yöntemi ile sentezlenen CsPbBr3 tek-kristalinin yapısal özelliklerinin literatür ile uyumlu olduğu gözlemlenmiştir. Hidrohalik çözelti yöntemi için elde edilen çözünürlük grafiği artan sıcaklık ile çözünen CsPbBr3 arasında doğrusal bir ilişki göstermiştir. Tohumlama yönteminde tek-kristal tohumun, daha büyük tek-kristale dönüştüğü ve morfolojisini koruduğu gözlemlenmiştir. 80 oC'den 40 oC'ye kontrollü soğutma koşullarında eklenen tohum sadece 5 günde 5 mm x 5 mm x 2 mm boyutuna ulaşmıştır. 80 oC'de sabit sıcaklık koşullarında eklenen çekirdek ise 10 günde 3 mm x 3 mm x 2 mm boyutuna ulaşmıştır. Antisolvent buhar kristalizasyonu yönteminde, dielektrik sabitleri dimetil sülfoksite yakın olan antisolventlerin (asetonitril, metanol), CsPbBr3 oluşumunu desteklerken, düşük dielektrik sabitine sahip antisolventlerin (toluen) Cs4PbBr6 oluşumunu desteklediği gözlemlenmiştir. Antisolvent buhar kristalizasyonu yönteminde keskin sınırlara sahip CsPbBr3 tek-kristali, metanolün buhar basıncı dimetilsülfoksit ile karıştırılarak azaltıldığında ve Pb/Cs oranı 1.5 olarak seçildiğinde elde edilmiştir. Öncü çözelti içine yerleştirilen çekirdek sadece 4 günde 10 mm x 2 mm x 1 mm boyutuna ulaşmıştır. Nispeten kısa sürede başarılı bir şekilde yaklaşık 10 mm boyutuna sahip, saf, keskin morfolojili, yüksek enerjili fotonların soğurulması için uygun band aralığına sahip CsPbBr3 tek kristalleri sentezlenmiştir.