一种构筑有机无机杂化钙钛矿单晶薄膜表面图案化的方法技术

本发明专利技术公开了一种构筑有机无机杂化钙钛矿单晶薄膜表面图案化的方法。本发明专利技术以光盘光道记录层为母版，以PDMS为图案转移印章，采用液相限域生长的方式，在钙钛矿单晶薄膜表面实现了图案化构筑。最终制备的图案化钙钛矿单晶薄膜具有材料结晶性好、图案尺寸形状可控等优势，且本发明专利技术工艺简单、成本低廉、普遍适用于多种材料。此外，所制得的图案化有机无机杂化钙钛矿单晶薄膜可应用于偏振光电探测器。钛矿单晶薄膜可应用于偏振光电探测器。钛矿单晶薄膜可应用于偏振光电探测器。

【技术实现步骤摘要】
一种构筑有机无机杂化钙钛矿单晶薄膜表面图案化的方法


[0001]本专利技术属于图案化薄膜制备
，特别是一种构筑有机无机杂化钙钛矿单晶薄膜表面图案化的方法。

技术介绍

[0002]有机
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无极杂化钙钛矿材料作为一种新兴半导体材料，因具有光吸收能力强、带隙可调、载流子寿命长以及迁移率高等优点，在光电探测、太阳能电池、激光等功能器件领域得到广泛研究。尽管经过不断的发展和优化，钙钛矿多晶薄膜内部大量晶界和缺陷不可避免地会带来对载流子不必要的复合和散射、I
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V曲线迟滞效应以及内部离子迁移等问题。相较之下，钙钛矿单晶薄膜因内部较少的晶界与缺陷，有着更高的载流子迁移率，制备出的器件也具有优越的光电性能和更高的稳定性。基于钙钛矿单晶薄膜进行表面阵列图案化构筑，对促进钙钛矿材料在偏振探测、物理防伪以及微纳光电器件集成等方面的应用十分重要。
[0003]常用的钙钛矿单晶薄膜制备方法有空间限域法(Nature Communications,2017,8(1):1890
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1896)与线切割法(Journal ofMaterials Chemistry C 2018,6(16):4464
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4470)。空间限域法为对钙钛矿材料的生长空间加以限制，使得钙钛矿材料生长为特定目标形状。线切割法为在三维块体单晶的基础上，进行物理切割、刻蚀等步骤，将钙钛矿材料制备为一个个单晶薄片。
[0004]目前常用的表面图案化构筑技术有光刻蚀法(Nano Letters 202020(5):3710
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3717)、激光直写法(Nanoscale,2021,13:14450
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14459)以及模版转印法(Physical Chemistry Chemical Physics,2017,19(10):7204
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7214)。光刻蚀法通过采用选择性的光刻胶制备刻蚀掩模版，目标图案化，是目前被广泛应用的微纳加工手段。激光直写法利用激光直接作用于材料表面，通过光化学反应、定向烧蚀等手段实现图案化构筑。模版转印法则是利用纳米压印技术原理，通过模板印章将目标图案压制在薄膜材料表面。现有的钙钛矿材料表面图案化工艺大多需要精密仪器进行图案构筑并且多针对钙钛矿多晶材料，使得加工工艺复杂、成本高、所得钙钛矿材料结晶性能与稳定性差。然而目前尚未见到有对单晶薄膜进行图案化构筑。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种构筑有机无机杂化钙钛矿单晶薄膜表面图案化的方法。
[0006]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种构筑有机无机杂化钙钛矿单晶薄膜表面图案化的方法，所述方法包括以下步骤：
[0007]步骤1，去除光盘的保护层，用乙醇冲洗光道记录层表面有机染料，并将光道记录层放入异丙醇中超声清洗，得到光栅结构模板；
[0008]步骤2，将混合后的聚二甲基硅氧烷PDMS的主剂与固化剂充分搅拌，涂覆于光栅结
构模板，放入水热烘箱，干燥后脱模得到带有光栅结构的PDMS模板；
[0009]步骤3，在氮气氛围下，加入等摩尔量的金属卤化物和甲胺卤化物溶于溶剂充分搅拌得到机无机杂化钙钛矿前驱体溶液；
[0010]步骤4，分别用去离子水、丙酮、异丙醇对硬质基底进行清洗，并在氮气氛围中干燥；
[0011]步骤5，将步骤4得到的洁净的硬质基底浸泡在疏水溶液中，之后取出自然干燥，再由无水乙醇进行冲洗，用氮气吹干，得到疏水硬质基板；
[0012]步骤6，将疏水硬质基板置于加热台上，滴加有机无机杂化钙钛矿前驱体溶液，并用另一个疏水硬质基板倒置覆盖在上面，加压并保温一定时间，在基板间生长出有机无机杂化钙钛矿单晶薄膜；
[0013]步骤7，移除上层疏水硬质基板，暴露出金属卤素钙钛矿单晶薄膜，将PDMS模板压在单晶薄膜上，施加一定压力；
[0014]步骤8，在PDMS模板边缘滴加金属卤素钙钛矿前驱体溶液，通过毛细作用将溶液吸入，持续保温一段时间，生长结束后即得到表面图案化有机无机杂化钙钛矿单晶薄膜。
[0015]进一步地，步骤1中光盘选用不可擦写的CD
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ROM与DVD
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ROM，光道记录层超声清洗时间为15min～20min。
[0016]进一步地，步骤2中聚二甲基硅氧烷PDMS主剂与固化剂的混合质量比为10：1，水热烘箱温度设定为60℃，保温8小时。
[0017]进一步地，步骤3中所述金属卤化物为溴化铅或碘化铅，甲胺卤化物为甲胺碘或甲胺溴，有机无机杂化钙钛矿为CH3NH3PbX3，其中X为卤族元素I或Br；所述溶剂为N,N
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二甲基甲酰胺溶液DMF，前驱体溶液浓度为0.8mol/L，搅拌温度为30℃，时间为3h。
[0018]进一步地，步骤4中的硬质基板为电子级玻璃片或者ITO玻璃，硬质基板通过去离子水、丙酮、异丙醇分别超声15min～20min。
[0019]进一步地，步骤5中的疏水溶液由12mL二甲基二甲氧基硅烷与600μL硫酸加入200mL异丙醇中，搅拌均匀后静置30min所得。
[0020]进一步地，步骤6中对疏水硬质基板加压0kPa～6kPa，温度设定为45℃～55℃，保温时间24h～30h。
[0021]进一步地，步骤7中对PDMS模板和疏水硬质基板之间施加压力的范围为4kPa～14kPa。
[0022]进一步地，步骤8中保温温度为45℃～55℃，保温时长为12h～18h。
[0023]本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：
[0024]1)本专利技术采用一种工艺简单、成本低廉的方法，以市售光盘的光道记录层作为母版，实现在有机无机杂化钙钛矿单晶薄膜表面进行图案化构筑，避免了常用方法如光刻等复杂的操作与昂贵的设备，所得的图案化完美复刻了母版上的结构，同时适用于多种钙钛矿材料与不同图案化的构筑，具有普适性。
[0025]2)本专利技术所构筑的表面图案化有机无机杂化钙钛矿单晶薄膜继承了钙钛矿单晶薄膜的多种优异性能，如晶界少、内部缺陷低、结晶性好等，抗水氧侵蚀能力好。
[0026]3)本专利技术所构筑的表面图案化有机无机杂化钙钛矿单晶薄膜可用于实现偏振光电探测器。
[0027]下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。
附图说明
[0028]图1为本专利技术实施例1中CD
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ROM光盘光道记录层表面图案的AFM图以及沟道图案截面高度分布图，其中图1(a)为AFM图像，图1(b)为沟道图案截面高度分布图。
[0029]图2为本专利技术实施例1中PDMS
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CD模板表面的AFM图像以及SEM图像，其中图2(a)为AFM图像，图2(b)为SEM图像。
[0030]图3为本专利技术实施例1中利用PDMS
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CD模板进行表面图案化构筑后CH3NH3PbBr3单晶薄膜表面的SEM本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种构筑有机无机杂化钙钛矿单晶薄膜表面图案化的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1，去除光盘的保护层，用乙醇冲洗光道记录层表面有机染料，并将光道记录层放入异丙醇中超声清洗，得到光栅结构模板；步骤2，将混合后的聚二甲基硅氧烷PDMS的主剂与固化剂充分搅拌，涂覆于光栅结构模板，放入水热烘箱，干燥后脱模得到带有光栅结构的PDMS模板；步骤3，在氮气氛围下，加入等摩尔量的金属卤化物和甲胺卤化物溶于溶剂充分搅拌得到机无机杂化钙钛矿前驱体溶液；步骤4，分别用去离子水、丙酮、异丙醇对硬质基底进行清洗，并在氮气氛围中干燥；步骤5，将步骤4得到的洁净的硬质基底浸泡在疏水溶液中，之后取出自然干燥，再由无水乙醇进行冲洗，用氮气吹干，得到疏水硬质基板；步骤6，将疏水硬质基板置于加热台上，滴加有机无机杂化钙钛矿前驱体溶液，并用另一个疏水硬质基板倒置覆盖在上面，加压并保温一定时间，在基板间生长出有机无机杂化钙钛矿单晶薄膜；步骤7，移除上层疏水硬质基板，暴露出金属卤素钙钛矿单晶薄膜，将PDMS模板压在单晶薄膜上，施加一定压力；步骤8，在PDMS模板边缘滴加金属卤素钙钛矿前驱体溶液，通过毛细作用将溶液吸入，持续保温一段时间，生长结束后即得到表面图案化有机无机杂化钙钛矿单晶薄膜。2.根据权利要求1所述的构筑有机无机杂化钙钛矿单晶薄膜表面图案化的方法，其特征在于，步骤1中光盘选用不可擦写的CD
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ROM与DVD
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ROM，光道记录层超声清洗时间为15min～20min。3.根据权利要求1所述的构筑有机无机杂化钙钛矿单晶薄膜表面图案化的...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹友生，何泽人，陆星宇，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：