[發明專利]一種純相RP鈣鈦礦薄膜的制備方法

在審

• 申請號: 202210048969.0
• 申請日: 2022-01-17
• 公開（公告）號: CN114420852A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 吳存存;梁玉超;韓曉靜;韓佳衡;張賢;張陽洋;鄭士建
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/42
• 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

本發明為一種純相RP鈣鈦礦薄膜的制備方法。該方法配制鹵化鉛與鹵化有機銨鹽的混合溶液后，利用低壓輔助處理對沉積在襯底上的鈣鈦礦薄膜前驅體薄膜進行處理，形成結晶良好的中間相薄膜，然后通過加熱形成純相的RP鈣鈦礦薄膜。本發明成本低并且和大面積薄膜制備兼容，得到的鈣鈦礦薄膜可以用于太陽能電池，光電探測器，發光二極管、X射線探測器等多種光電器件，具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明屬于新型半導體光電領域，具體涉及一種利用溶劑工程和添加劑工程結合低壓輔助處理將包含不同n值的二維鈣鈦礦轉變為純相的Ruddlesden-Popper(RP)鈣鈦礦的方法。該方法制備的鈣鈦礦薄膜可用于太陽能電池，光電探測器，發光二極管、X射線探測器等多種光電器件。

背景技術

隨著科技發展，環境惡化和能源危機問題日益嚴重，這給人類對能源的利用提出了新的要求，光電領域的發展給人類帶來了新希望。近年來，三維鈣鈦礦材料由于具有高光吸收系數、帶隙可調、載流子遷移率高等優異的光電性能而被廣泛研究，然而穩定性較差的問題限制了其在光電領域的深入發展。二維鈣鈦礦作為一種新型光電材料憑借良好的穩定性和優異的光電特性受到了廣泛的關注，研究二維鈣鈦礦材料的結構與性質對于發展具有高穩定性和高光電轉化效率的鈣鈦礦光電器件具有重要意義。

當前，有機-無機雜化鈣鈦礦光電器件的認證光電轉化效率已經達到了25.7％，可以和單晶硅電池的效率相媲美，但是鈣鈦礦由于結構的本征不穩定性，容易在外界環境如水、氧、溫度和光照等條件的影響下發生降解，影響鈣鈦礦光電器件的實際應用。二維鈣鈦礦由于具有優異的光電性能與良好的穩定性而備受關注。以二維鈣鈦礦為基礎，結合溶劑工程和添加劑工程，設計制造太陽能電池、光電探測器以及LED等諸多光電器件是二維鈣鈦礦技術發展的必然選擇。與三維鈣鈦礦相比，二維鈣鈦礦層狀結構放寬了對有機陽離子的尺寸要求，允許大的有機陽離子插入無機層，因此很多陽離子可供選擇，并且可以通過設計組分獲得特定的性質和功能。二維鈣鈦礦既具有二維材料的可溶液加工、柔性、可穿戴性以及廉價容易制備等特點，又具備鈣鈦礦材料結晶度高、載流子遷移率高、激子束縛能低、量子效率高、吸收光譜寬、光吸收系數高和能耗損失低等特性，使得其廣泛應用于太陽能光伏發電領域。

近年來，雖然二維鈣鈦礦光電領域取得了很多令人鼓舞的進展，但依然面臨著難以生成純相鈣鈦礦問題的巨大挑戰。以RP相為代表的二維鈣鈦礦的結構通式為A₂B_n-1Pb_nI_3n+1，在基于溶液法制備二維鈣鈦礦薄膜時，雖然各組分都是在確定的n值下按照化學計量比計算的，但是n值較大的鈣鈦礦相的熱力學穩定性差使得難以生成純相的鈣鈦礦，即制備的二維鈣鈦礦中包含不同n值的相。各n值在鈣鈦礦中的分布會影響載流子的運輸與復合，嚴重影響器件的性能。因此，提出一種純RP相鈣鈦礦薄膜的制備方法顯得尤為重要。

發明內容

本發明的目的在于針對目前二維RP相鈣鈦礦難以生成純相的問題，提出一種純RP相鈣鈦礦薄膜的制備方法。該方法配制鹵化鉛與鹵化有機銨鹽的混合溶液后，利用低壓輔助設備處理沉積在襯底上的鈣鈦礦薄膜前驅體薄膜，形成結晶良好的中間相薄膜，然后通過加熱形成純相的RP鈣鈦礦薄膜。本發明成本低并且和大面積薄膜制備兼容，得到的鈣鈦礦薄膜可以用于太陽能電池，光電探測器，發光二極管、X射線探測器等多種光電器件，具有廣泛的應用前景。

本發明的技術方案為：

一種純相RP鈣鈦礦薄膜的制備方法，該方法包括如下步驟：

步驟1：將碘化鉛PbI₂、碘化有機銨鹽AI及甲脒碘FAI溶解到溶劑之中，然后加入添加劑，得到RP相鈣鈦礦前驅體溶液；

其中，摩爾比為—碘化鉛：碘化有機銨鹽：甲脒碘：添加劑＝1：0.1～1：0.05～0.5：0.1～1；所述的前驅體溶液中Pb²⁺的濃度為0.05～2mol/L；

所述的添加劑為氯化物或氟化物；