高结晶质量的金属卤素钙钛矿薄膜，其制备方法及由其制备的光电探测器技术

本发明专利技术公开了一种高结晶质量的金属卤素钙钛矿薄膜，制备所述金属卤素钙钛矿薄膜的钙钛矿前驱体溶液中加入了乙胺碘添加剂。本发明专利技术还提供了由所述金属卤素钙钛矿薄膜制备的金属卤素钙钛矿光电探测器及其制备方法。通过往钙钛矿前驱体中加入乙胺碘，成功的调控了钙钛矿薄膜的结晶过程，并且得到了具有高结晶取向性的优质薄膜。以此薄膜为基础，制得了具有优良光电性能得自驱动光电探测器。良光电性能得自驱动光电探测器。良光电性能得自驱动光电探测器。

【技术实现步骤摘要】
高结晶质量的金属卤素钙钛矿薄膜，其制备方法及由其制备的光电探测器


[0001]本专利技术涉及钙钛矿材料
，尤其涉及一种高结晶质量的金属卤素钙钛矿薄膜，其制备方法及由其制备的光电探测器。

技术介绍

[0002]近年来，钙钛矿作为一种性能优良、制备简便的半导体材料，正在被越来越多的应用于光电领域。基于钙钛矿材料的光电转化器件例如钙钛矿电池、光电探测器正在快速的发展。从2012年以后，以甲脒为主要官能团的钙钛矿材料因为其更窄的光学带隙和更好的稳定性，逐渐取代了甲胺基的钙钛矿材料，成为相关研究的主要方向。
[0003]甲脒基钙钛矿光电器件的性能取决于钙钛矿薄膜本身的质量，其关键的光电性能如对光的吸收、光生载流子的传导能力都取决于薄膜晶体的优劣。而一般认为，具有高结晶性的钙钛矿晶体能够避免不同晶面接触产生的错位和缺陷，从而具有较好的光电性能。因此，对钙钛矿薄膜结晶性的优化是一项十分重要的过程。现有技术一般通过对钙钛矿的前驱体溶液加入合适的添加物来实现对钙钛矿结晶性的优化，所以合适的添加物对此钙钛矿的结晶性影响尤为重要。
[0004]然而，在现阶段的研究中，甲脒基钙钛矿薄膜结晶性的优化方法往往要需要掺入特定的物质如氯化甲胺等来促进其结晶性，但是这些引入的外来基团又会对钙钛矿薄膜造成一些其它的负面影响，如增大了其光学带隙而造成光吸收上的损失。同时，现阶段的理论对于钙钛矿晶体的形成过程缺乏全面的认识，特别是在涉及到从固体前驱体到钙钛矿结晶这类过程时，更是缺乏一套有效的解释理论来指导相关研究的发展。因此，对于如何在避免负面效应的前提下提升甲脒基钙钛矿的结晶性，成为钙钛矿光电研究方向的重要课题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种高结晶质量的金属卤素钙钛矿薄膜，以克服现有技术在提升甲脒基钙钛矿的结晶性的同时，也会对钙钛矿薄膜带来负面影响这一缺陷。
[0006]专利技术人经过长期研究发现，基于钙钛矿材料结晶过程中的特性，向甲脒基钙钛矿的前驱体溶液中加入一定量的短链烷胺盐——乙胺碘(CH3CH2NH3I，Ethylamine Iodide)，可以调控其结晶过程，所制备的薄膜同时具有优良的结晶取向性和光电性能。
[0007]本专利技术提供了一种高结晶质量的金属卤素钙钛矿薄膜，制备所述金属卤素钙钛矿薄膜的钙钛矿前驱体溶液中加入了乙胺碘添加剂。
[0008]进一步地，所述乙胺碘添加剂的添加量为0～40mol％，优选地，所述乙胺碘添加剂的添加量为10～30mol％。
[0009]进一步地，所述钙钛矿前驱体溶液中包含碘化铅、甲脒碘和有机溶剂，所述碘化铅和甲脒碘的浓度均为1～1.5mmol/mL；所述有机溶剂为二甲基亚砜和二甲基甲酰胺的混合溶剂。优选地，所述碘化铅和甲脒碘的摩尔比为1：1。
[0010]本专利技术还提供了一种金属卤素钙钛矿光电探测器，包括导电基底以及依次设置于导电基底上的电子传输层、钙钛矿薄膜吸光层、空穴传输层和电极层，其中，所述钙钛矿薄膜吸光层为所述的金属卤素钙钛矿薄膜。
[0011]进一步地，所述电子传输层的材质为n型金属氧化物薄膜半导体，包括但不限于氧化锡或者氧化钛。电子传输层的厚度优选为10～50nm。
[0012]进一步地，所述空穴传输层的材质为有机共轭聚合物，如聚3
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己基噻吩。空穴传输层的厚度优选为200～300nm。
[0013]本专利技术还提供了所述的金属卤素钙钛矿光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
[0014](1)在导电基底上旋涂制备电子传输层；
[0015](2)配制钙钛矿前驱体溶液，旋涂在所述电子传输层上制备钙钛矿薄膜吸光层；
[0016](3)在所述钙钛矿薄膜吸光层上旋涂制备空穴传输层；
[0017](4)在所述空穴传输层上蒸镀电极，得到所述金属卤素钙钛矿光电探测器。
[0018]进一步地，步骤(1)中，所述旋涂的速度为4000～5000r/s，旋涂的时间为20～25s；旋涂结束后，在100～150℃下退火10～15min，以促进结晶过程。优选地，电子传输层的前驱体溶液为商业化氧化锡溶液与超纯水按照1：1的比例进行均匀混合后得到的。
[0019]进一步地，步骤(3)中，所述旋涂的速度为2000～3000r/s，旋涂的时间为30s。优选地，步骤(3)中，空穴传输材料为聚3
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己基噻吩，其溶解于氯苯中，浓度为10mg/mL。
[0020]进一步地，步骤(4)中，所述电极蒸镀的厚度为90nm，蒸镀速率为0.05～0.1nm/s。
[0021]进一步地，步骤(2)中，所述旋涂分为两个阶段，将搅拌均匀的钙钛矿前驱体溶液旋涂于所述电子传输层上，先以2000～2500r/s的速度旋涂2s，随后以4500～5000r/s的速度旋涂25s；在后一旋涂阶段还剩余12～15s时，将80～100μL的氯苯滴加到旋涂的薄膜上，以促进溶剂的挥发；旋涂结束后，在100～150℃下退火。
[0022]进一步地，步骤(2)需要在氮气氛围下进行，优选地在氮气手套箱中完成。
[0023]本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0024]1.本专利技术通过往钙钛矿前驱体溶液中加入一定量的乙胺碘，成功的调控了钙钛矿薄膜的结晶过程，并且得到了具有高结晶取向性的优质薄膜。同时，对钙钛矿薄膜的研究显示，相对于传统的添加剂，乙胺碘并没有进入钙钛矿的晶格结构，从而在优化晶体质量的同时，没有影响其光学带隙，保证了其对光的宽响应范围。
[0025]2.基于本专利技术的金属卤素钙钛矿薄膜制备的自驱动光电探测器，具有优良的光电性能，在550纳米的单色光下，其响应率高达0.4安培每瓦特，在近紫外波段可以达到超过90％的外量子效率。
附图说明
[0026]图1是添加乙胺碘后钙钛矿薄膜的X光衍射测试结果；
[0027]图2是添加乙胺碘后钙钛矿薄膜紫外可见吸收光谱测试结果；
[0028]图3是优化前后光电探测器器件的光响应度和外量子效率对比。
具体实施方式
[0029]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以
更好地理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。
[0030]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0031]对比例1
[0032]1.制备金属卤素钙钛矿薄膜
[0033]首先配制钙钛矿前驱体溶液，其中钙钛矿前驱体溶液中碘化铅和甲脒碘的比例为1：1。接着将配制好的前驱体溶液旋涂在基底上，旋涂参数为先2500转/2秒，随后4500转/25秒。在旋涂的第二阶段还剩余15秒时，将100微升的氯苯快速的滴加到旋涂的薄膜上。随后将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高结晶质量的金属卤素钙钛矿薄膜，其特征在于，制备所述金属卤素钙钛矿薄膜的钙钛矿前驱体溶液中加入了乙胺碘添加剂。2.根据权利要求1所述的高结晶质量的金属卤素钙钛矿薄膜，其特征在于，所述乙胺碘添加剂的添加量为0～40mol％。3.根据权利要求1所述的高结晶质量的金属卤素钙钛矿薄膜，其特征在于，所述乙胺碘添加剂的添加量为10～30mol％。4.根据权利要求1所述的高结晶质量的金属卤素钙钛矿薄膜，其特征在于，所述钙钛矿前驱体溶液中包含碘化铅、甲脒碘和有机溶剂，所述碘化铅和甲脒碘的浓度均为1～1.5mmol/mL；所述有机溶剂为二甲基亚砜和二甲基甲酰胺的混合溶剂。5.一种金属卤素钙钛矿光电探测器，其特征在于，包括导电基底以及依次设置于导电基底上的电子传输层、钙钛矿薄膜吸光层、空穴传输层和电极层，其中，所述钙钛矿薄膜吸光层为权利要求1
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4任一项所述的金属卤素钙钛矿薄膜。6.根据权利要求5所述的金属卤素钙钛矿光电探测器，其特征在于，所述电子传输层的材质为n型金属氧化物薄膜半导体，厚度为10～50nm。7.根据权利要求5所述的金属卤素钙钛矿光电探测器，其特征在于，所述空穴传输层的材质为有机共轭聚合物，厚度为200～300nm。...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亮，王孟，曹风人，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：