一种激光溅射法制备CsPbBr3薄膜的方法与流程

本发明是cspbbr3薄膜的一种制备方法，尤其是一种使用脉冲激光沉积方法制备无机钙钛矿cspbbr3薄膜的方法，属于薄膜制备技术领域。

背景技术：

无机钙钛矿晶型(abx3)吸光材料，在abx3结构中,a为金属铯离子(cs⁺)，b为金属铅离子(pb²⁺)，x为卤族溴离子(br^-)。这种材料广泛的运用于太阳能电池和荧光材料。目前一般的cspbbr3薄膜制备方法主要为溶液旋涂法与化学气相沉积法等，但这些制备方法无法便捷精确的控制膜厚，制备过程大量浪费原材料，并且大多都不适合大面积薄膜的制备以应用于工业生产和实际应用。

技术实现要素：

技术问题：本发明的目的是提供一种激光溅射法制备无机钙钛矿cspbbr3薄膜的方法。本发明利用脉冲激光沉积技术制备cspbbr3薄膜，可实现均匀大面积薄膜的便捷制备，易于有效控制薄膜厚度并且节约材料，有利于无机钙钛矿太阳能电池的工业化生产与应用。

技术方案：本发明的一种激光溅射法制备无机钙钛矿cspbbr3薄膜的方法包括以下步骤：

1.)制备cspbbr3靶材：采用溶液加热法定量混合dmf、dmso、环己醇、pbbr2、csbr制备出足量的cspbbr3单晶粉末，用压片机压制后制成cspbbr3靶材；

2.)将干净的衬底与制备好的cspbbr3靶材共同放入脉冲激光沉积腔体中，抽真空，加热衬底至100℃-250℃，同时调节入射腔体激光的能量，随后设定激光脉冲数开始沉积；

3.)沉积结束后，衬底在腔体内保持加热温度真空退火后取出，得到cspbbr3薄膜。

其中：

所述溶液加热法定量混合dmf、dmso、环己醇、pbbr2、csbr制备出足量的cspbbr3单晶粉末，其中dmso、csbr、pbbr2、环己醇、dmf的加入量为：dmso:csbr:pbbr2:环己醇:dmf＝(20-35):(0.5-1.5):(1-3):(5-8):(12-20)。

所述调节入射腔体激光的能量，是指将入射腔体激光的能量调节至50mj-400mj，cspbbr3薄膜的厚度通过激光能量和脉冲数进行精确控制。

所述的抽真空，是指抽真空至压强为1×10^-2pa以下。

所述的衬底加热，是指衬底加热到温度范围为100℃-250℃。

所述的真空退火时间为5-30分钟。

有益效果：

(1)用溶液法制备cspbbr3单晶粉末并压成靶材，易于制备，且纯度高。

(2)利用脉冲激光沉积薄膜制备技术，可以极大的减少原材料的浪费并制备出均匀cspbbr3薄膜。

(3)利用脉冲激光沉积薄膜制备技术，可以通过改变激光能量和脉冲数来控制cspbbr3薄膜厚度，更加精准便捷。

(4)本工艺可应用于大面积有机钙钛矿太阳能电池的工业化生产和实际应用。

附图说明

图1为激光溅射法制备的cspbbr3薄膜的sem截面图。

图2为激光溅射法制备的cspbbr3薄膜的sem平面图。

图3为激光溅射法制备的cspbbr3薄膜的xrd图。

图4为激光溅射法制备的cspbbr3薄膜的pl图。

具体实施方式

实施例一：

将pbbr2与csbr按照摩尔比2:1放入60ml的dmso溶液中70℃加热磁力搅拌溶解。再将dmf与环己醇混合溶液倒入，以1℃/min的速率升温至110℃并保温10小时后，取出红色沉淀固体放入100℃的dmf溶液中清洗，然后取出放入烘箱中60℃烘干。再将烘干后的足量粉末收集放入模具中用压片机进行压片制成cspbbr3靶材。将洗净的玻璃衬底跟制备好的cspbbr3靶材一同放入腔体中，将腔内真空抽至7×10^-3pa，加热衬底至110℃，并调节入射腔体的激光能量为100mj，选择激光器频率为5hz和脉冲数为1500。1500脉冲沉积结束后，衬底继续退火10min，随后取出，cspbbr3薄膜制备完成(薄膜形貌见图1和图2的sem照片，xrd见图3，荧光光谱见图4)。

实施例二：

将pbbr2与csbr按照摩尔比2.1:0.9放入65ml的dmso溶液中70℃加热磁力搅拌溶解。再将dmf与环己醇混合溶液倒入，以1℃/min的速率升温至110℃并保温10小时后，取出红色沉淀固体放入100℃的dmf溶液中清洗，然后取出放入烘箱中60℃烘干。再将烘干后的足量粉末收集放入模具中用压片机进行压片制成cspbbr3靶材。将洗净的玻璃衬底跟制备好的cspbbr3靶材一同放入腔体中，将腔内真空抽至1×10^-3pa，加热衬底至150℃，并调节入射腔体的激光能量为160mj，选择激光器频率为5hz和脉冲数为1000。1000脉冲沉积结束后，衬底继续退火20min，随后取出，cspbbr3薄膜制备完成。

实施例三：

将pbbr2与csbr按照摩尔比1.6:1.3放入55ml的dmso溶液中70℃加热磁力搅拌溶解。再将dmf与环己醇混合溶液倒入，以1℃/min的速率升温至110℃并保温10小时后，取出红色沉淀固体放入100℃的dmf溶液中清洗，然后取出放入烘箱中60℃烘干。再将烘干后的足量粉末收集放入模具中用压片机进行压片制成cspbbr3靶材。将洗净的玻璃衬底跟制备好的cspbbr3靶材一同放入腔体中，将腔内真空抽至6×10^-4pa，加热衬底至230℃，并调节入射腔体的激光能量为230mj，选择激光器频率为5hz和脉冲数为2000。2000脉冲沉积结束后，衬底继续退火30min，随后取出，cspbbr3薄膜制备完成。

本发明提供了一种有效均匀的无机钙钛矿cspbbr3薄膜通过激光溅射制备方法的思路及实施方法，具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，例如通过脉冲激光沉积工艺生长类似的无机钙钛矿材料cspbx3(x＝cl、i)薄膜，在不同的衬底上生长薄膜等，这些改进也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明阐述了一种激光溅射法制备CsPbBr3薄膜的方法。具体步骤为：先通过DMF、DMSO、环己醇、PbBr2、CsBr材料以溶液加热方法制备出足量的CsPbBr3单晶并压成靶材，再采用脉冲激光沉积薄膜制备技术：调整激光能量和基底温度，通过激光脉冲数控制薄膜厚度，真空沉积制备CsPbBr3薄膜。本发明利用脉冲激光沉积技术制备CsPbBr3薄膜，可实现均匀大面积薄膜的便捷制备，易于有效控制薄膜厚度并且节约材料，有利于该材料在太阳能电池的工业化生产与应用。

技术研发人员：徐庆宇;张昊;马眉扬;王宏;董帅
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：2017.10.10
技术公布日：2018.03.16