一种钙钛矿单晶的制备方法以及光电器件技术

本发明专利技术提供了一种钙钛矿单晶的制备方法以及光电器件。该制备方法包括：在基底上制备获得由多个间隔开布置的微沟道组成的微沟道阵列；加热基底；将钙钛矿前驱体溶液施加到微沟道阵列中；在施加有钙钛矿前驱体溶液的基底上贴附软体刀片，并使软体刀片的底面至少能够完全覆盖微沟道阵列；控制软体刀片以预设速度从微沟道阵列的一端朝向另一端移动，以逐渐暴露出微沟道阵列，从而使得微沟道阵列内的钙钛矿前驱体溶液在软体刀片的头部结晶，并在微沟道阵列完全暴露出时结晶形成钙钛矿单晶阵列。本发明专利技术方案可以制备出大面积的钙钛矿单晶，并且可以根据需要设计微沟道阵列中微沟道的深度，进而可以控制该钙钛矿单晶的厚度。进而可以控制该钙钛矿单晶的厚度。进而可以控制该钙钛矿单晶的厚度。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿单晶的制备方法以及光电器件


[0001]本专利技术涉及光伏器件
，尤其涉及一种钙钛矿单晶的制备方法以及光电器件。

技术介绍

[0002]有机
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无机杂化钙钛矿由于其独特的晶体结构和优异的光电性质受到了广泛的关注，被誉为光伏器件领域的杰出材料。与多晶薄膜相比，具有低缺陷浓度的高质量有机
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无机杂化钙钛矿单晶具有更优异的光电性能和稳定性。近年来，对其在各种光电器件中的应用进行了广泛的研究，例如激光器、光电探测器、太阳能电池、光电晶体管和发光二极管。这些报道中大多数基于有机
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无机杂化钙钛矿单晶的设备都表现出优于多晶设备的性能指标。因此，高质量的有机
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无机杂化钙钛矿单晶具有突破当前钙钛矿光电器件性能的巨大潜力。
[0003]为了满足实际器件应用的需要，大面积有机
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无机杂化钙钛矿(OIHP)单晶的生长近年来受到了广泛关注。几种基于溶液的技术，包括溶液降温结晶(STL)、反溶剂蒸气辅助结晶(AVC)、逆温结晶(ITC)及其改进方法已开发用于生长有机
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无机杂化钙钛矿单晶的方法。虽然这些方法可以成功地生长出尺寸较大、质量较高的有机
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无机杂化钙钛矿单晶，但要获得横向尺寸较大的钙钛矿晶体，通常需要耗时几天，且生长的出的晶体大多为厚度较厚的块状晶体，大于钙钛矿晶体中的激子扩散长度，阻碍了其在光电器件的应用。
[0004]为了有效控制晶体的厚度，通过将钙钛矿溶液限制在具有微米级间隙的两个基板之间的空间限制生长技术已被广泛采用。在垂直方向的几何约束下，OIHP晶体沿面内方向的横向生长可以显著增强，从而获得厚度为几微米甚至几百纳米的薄OIHP晶体。尽管如此，目前报道的空间限制生长方法获得的OIHP晶体的横向尺寸通常小于1mm，不足以用于大规模光电器件应用。主要障碍之一是,当间隙缩小到微米级时,前驱体溶液的运输将非常缓慢和紊乱，导致溶质不能持续补充到晶体生长位置,限制了晶体的横向尺寸。此外，空间限制生长方法中的晶体生长速度非常有限，很难转移到当前的高通量溶液沉积技术中。所有这些方面都给具有可控厚度的OIHP单晶的可扩展生长带来了巨大挑战，而这对于它们在集成电子和光电系统中的实用性至关重要。

技术实现思路

[0005]本专利技术的一个目的在于提供一种能够制备出厚度可控的且大面积的钙钛矿单晶的制备方法。
[0006]本专利技术的一个进一步地目的在于提高钙钛矿单晶的晶体质量。
[0007]本专利技术的另一个目的在于提供一种光电器件。
[0008]特别地，本专利技术提供了一种钙钛矿单晶的制备方法，包括如下步骤：
[0009]在基底上制备获得由多个间隔开布置的微沟道组成的微沟道阵列；
[0010]加热所述基底；
[0011]将钙钛矿前驱体溶液施加到所述微沟道阵列中；
[0012]在施加有所述钙钛矿前驱体溶液的基底上贴附软体刀片，并使所述软体刀片的底面至少能够完全覆盖所述微沟道阵列；
[0013]控制所述软体刀片以预设速度从所述微沟道阵列的一端朝向另一端移动，以逐渐暴露出所述微沟道阵列，从而使得所述微沟道阵列内的所述钙钛矿前驱体溶液在所述软体刀片的头部结晶，并在所述微沟道阵列完全暴露出时结晶形成钙钛矿单晶阵列。
[0014]可选地，所述控制所述软体刀片以预设速度从所述微沟道阵列的一端朝向另一端移动，以逐渐暴露出所述微沟道阵列的步骤中，所述预设速度接近或等于所述钙钛矿单晶结晶的速度。
[0015]可选地，所述在施加有所述钙钛矿前驱体溶液的基底上贴附软体刀片，并使所述软体刀片的底面至少完全覆盖所述微沟道阵列的步骤中，所述软体刀片的所述底面具有疏水性质，以避免所述微沟道阵列中的所述钙钛矿前驱体溶液粘附到所述软体刀片上。
[0016]可选地，所述在施加有所述钙钛矿前驱体溶液的基底上贴附软体刀片，并使所述软体刀片的底面至少完全覆盖所述微沟道阵列的步骤中，所述软体刀片的制备方法包括如下步骤：
[0017]将聚二甲基硅氧烷前驱体与固化剂按照预设比例混合并搅拌，获得混合溶液；
[0018]将所述混合溶液施加至具有预设形状的模板器皿中，利用所述模板器皿制备获得的软体刀片具有至少能够完全覆盖所述微沟道阵列的所述底面；
[0019]将与刮涂装置配套的螺纹杆固定在所述模板器皿中；
[0020]固化后获得带有所述螺纹杆的所述软体刀片。
[0021]可选地，所述控制所述软体刀片以预设速度从所述微沟道阵列的一端朝向另一端移动，以逐渐暴露出所述微沟道阵列，包括如下步骤：
[0022]将所述软体刀片上的螺纹杆安装至所述刮涂装置上；
[0023]使得所述刮涂装置输出控制移动指令，以控制所述软体刀片以预设速度从所述微沟道阵列的一端朝向另一端移动，以逐渐暴露出所述微沟道阵列。
[0024]可选地，所述在基底上制备获得由多个间隔开布置的微沟道组成的微沟道阵列，包括如下步骤：
[0025]清洗所述基底；
[0026]将SU
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8光刻胶涂覆在所述基底上，并在100℃
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150℃下加热1min
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10min；
[0027]在具有所述SU
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8光刻胶的所述基底上覆盖具有周期性阵列的掩膜版，并进行曝光、加热和显影，获得图案化光刻胶；
[0028]将所述图案化光刻胶继续曝光并加热，使其完全交联固化，以在所述基底上获得所述微沟道阵列。
[0029]可选地，所述将SU
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8光刻胶涂覆在所述基底上，并在100℃
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150℃下加热1min
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10min的步骤中，所述SU
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8光刻胶涂覆在所述基底上的方法包括如下步骤：
[0030]以300rpm
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800rpm的旋涂速度以及5s
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15s的旋涂时间将所述SU
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8光刻胶涂覆在所述基底上；
[0031]再以3000rpm
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4000rpm的旋涂速度以及20s
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40s的旋涂时间继续旋涂所述SU
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8光刻胶。
[0032]可选地，所述基底选择为玻璃基板、ITO/玻璃基板、SiO2/Si晶圆中的一种。
[0033]可选地，所述加热所述基底的步骤中，加热温度为120℃
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160℃。
[0034]可选地，所述将钙钛矿前驱体溶液施加到所述微沟道阵列中的步骤中，所述钙钛矿前驱体溶液为碘铅甲胺
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N,N
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二甲基甲酰胺溶液；
[0035]可选地，所述碘铅甲胺
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N,N
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二甲基甲酰胺溶液的配置方法为：
[0036]将预设质量比的碘化铅和碘甲胺溶解在预设体积的N,N
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿单晶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在基底上制备获得由多个间隔开布置的微沟道组成的微沟道阵列；加热所述基底；将钙钛矿前驱体溶液施加到所述微沟道阵列中；在施加有所述钙钛矿前驱体溶液的基底上贴附软体刀片，并使所述软体刀片的底面至少能够完全覆盖所述微沟道阵列；控制所述软体刀片以预设速度从所述微沟道阵列的一端朝向另一端移动，以逐渐暴露出所述微沟道阵列，从而使得所述微沟道阵列内的所述钙钛矿前驱体溶液在所述软体刀片的头部结晶，并在所述微沟道阵列完全暴露出时结晶形成钙钛矿单晶阵列。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述控制所述软体刀片以预设速度从所述微沟道阵列的一端朝向另一端移动，以逐渐暴露出所述微沟道阵列的步骤中，所述预设速度接近或等于所述钙钛矿单晶结晶的速度。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述在施加有所述钙钛矿前驱体溶液的基底上贴附软体刀片，并使所述软体刀片的底面至少完全覆盖所述微沟道阵列的步骤中，所述软体刀片的所述底面具有疏水性质，以避免所述微沟道阵列中的所述钙钛矿前驱体溶液粘附到所述软体刀片上。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述在施加有所述钙钛矿前驱体溶液的基底上贴附软体刀片，并使所述软体刀片的底面至少完全覆盖所述微沟道阵列的步骤中，所述软体刀片的制备方法包括如下步骤：将聚二甲基硅氧烷前驱体与固化剂按照预设比例混合并搅拌，获得混合溶液；将所述混合溶液施加至具有预设形状的模板器皿中，利用所述模板器皿制备获得的软体刀片具有至少能够完全覆盖所述微沟道阵列的所述底面；将与刮涂装置配套的螺纹杆固定在所述模板器皿中；固化后获得带有所述螺纹杆的所述软体刀片。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述控制所述软体刀片以预设速度从所述微沟道阵列的一端朝向另一端移动，以逐渐暴露出所述微沟道阵列，包括如下步骤：将所述软体刀片上的螺纹杆安装至所述刮涂装置上；使得所述刮涂装置输出控制移动指令，以控制所述软体刀片以预设速度从所述微沟道阵列的一端朝向另一端移动，以逐渐暴露出所述微沟道阵列。6.根据权利要求1
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3和5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述在基底上制备获得由多个间隔开布置的微沟道组成的微沟道阵列，包括如下步骤：清洗所述基底；将SU
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【专利技术属性】
技术研发人员：张秀娟，邓巍，揭建胜，孙玉叶，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：