[發明專利]一種利用反溶劑一步法制備鈣鈦礦薄膜的方法

在審

• 申請號: 202110659474.7
• 申請日: 2021-06-15
• 公開（公告）號: CN113410399A
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 姚建銓;趙宏亮;張雅婷;李慶巖;李騰騰;王思磊;唐新
• 申請（專利權）人: 南方科技大學
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 王紅培

本發明提供了一種利用反溶劑一步法制備鈣鈦礦薄膜的方法，具體步驟如下：S1：配制鈣鈦礦前驅體溶液；S2：在鈣鈦礦前驅體溶液旋涂過程中滴加聚甲基丙烯酸甲酯?氯苯反溶劑；S3：進行熱退火得到鈣鈦礦薄膜。本方法制備的探測器，在光功率密度為707μW/cm²的532 nm激光二極管照射并且零偏壓的情況下，響應度達到了204.8 mA/W，探測度達到了4.71×10¹¹ Jones。且本發明所采用的聚甲基丙烯酸甲酯?氯苯反溶劑，因其中羰基可以有效結合鈣鈦礦中的常見缺陷（Pb空位），提高鈣鈦礦薄膜的結晶性，提高晶粒尺寸，之后經過高溫退火獲得均勻致密無孔洞的高質量鈣鈦礦薄膜，從而獲得高性能的垂直結構光電探測器。

技術領域

本發明涉及光電子材料與器件領域，具體涉及一種利用反溶劑一步法制備鈣鈦礦薄膜的方法。

背景技術

有機-無機金屬鹵化物鈣鈦礦材料是一種新興的半導體材料，廣泛應用于太陽能電池、光電探測器等功能器件。它具有制備成本低、光吸收系數高、載流子擴散長度長、載流子遷移率高等優點，但由于鈣鈦礦的不穩定性，在水和氧環境中容易分解，成為其發展的障礙。本文通過在反溶劑中加入聚甲基丙烯酸甲酯來鈍化鈣鈦礦晶界，引導薄膜的定向生長，提高質量。該方法制備的光電探測器的性能得到了有效的改善，在光照下有明顯的光電流，穩定性也得到了提高。這種方法為下一代高性能光電探測器提供了一個很好的候選方案。

發明內容

本發明提出了一種利用反溶劑一步法制備鈣鈦礦薄膜的方法，解決了目前鈣鈦礦常見Pb位缺陷的問題。

實現本發明的技術方案是：

一種利用反溶劑一步法制備鈣鈦礦薄膜的方法，具體步驟如下：

S1：配制鈣鈦礦前驅體溶液；

S2：在鈣鈦礦前驅體溶液旋涂過程中滴加聚甲基丙烯酸甲酯-氯苯反溶劑；

S3：進行熱退火得到鈣鈦礦薄膜。

所述步驟S1中鈣鈦礦為CH₃NH₃PbI₃。

將CH₃NH₃I粉末和PbI₂粉末溶解于DMF與DMSO的混合溶劑中，磁力攪拌，反應充分后得到黃色澄清的鈣鈦礦前驅體溶液。

所述步驟S2中鈣鈦礦前驅體溶液與聚甲基丙烯酸甲酯-氯苯反溶劑的體積比為1:（1.5-2.0），4000rpm~6000rpm旋涂30~40s。

其中，聚甲基丙烯酸甲酯-氯苯反溶劑是利用聚甲基丙烯酸甲酯和氯苯按比例混合配制，濃度為10mg/mL。

所述步驟S2中旋涂結束后在加熱臺上、氮氣保護下預退火10~15s，之后將樣品取出，在環境空氣條件下100 ℃加熱退火20min，得到鈣鈦礦薄膜。

制備得到的鈣鈦礦薄膜在鈣鈦礦光電探測器中的應用。

所述鈣鈦礦光電探測器在光功率密度為707 μW/cm²的532 nm激光二極管照射并且零偏壓的情況下，響應度達到了204.8 mA/W，探測度達到了4.71×10¹¹ Jones。

所述鈣鈦礦光電探測器從下到上依次包括導電基底、空穴傳輸層、鈣鈦礦薄膜、電子傳輸層和金屬電極。

所述導電基底為ITO導電玻璃、FTO、AZO或TCO，空穴傳輸層為PEDOT:PSS，電子傳輸層為PC₆₁BM，金屬電極是金或銀。