一种无机钙钛矿薄膜及其制备方法、应用

本发明属于无机钙钛矿薄膜，尤其涉及一种无机钙钛矿薄膜及其制备方法、应用。

背景技术：

1、钙钛矿光电探测器由于其探测度(d*)的不断提高而引起了人们的广泛关注，其中无机钙钛矿薄膜由于其更好的稳定性展现出了巨大的应用潜力，然而无机钙钛矿薄膜的晶粒尺寸小、孔洞多，导致其难以实现更高的d*。

2、现有技术中，人们提出了多种方法来解决这个问题，例如使用有机添加剂、钝化剂等掺杂到无机钙钛矿薄膜中，对钙钛矿中的缺陷进行钝化处理以减少非辐射复合，提高探测器的光电流，从而提升d*。然而，上述方法中残留的有机成分的挥发会大幅影响探测器的使用寿命。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的在于提供一种无机钙钛矿薄膜的制备方法，旨在解决上述背景技术中提出的问题。

2、本发明实施例是这样实现的，一种无机钙钛矿薄膜的制备方法，包括以下步骤：

3、(1)钙钛矿原料的预处理：将pbi2和pbbr2分别溶于极性溶剂中，然后加入甲苯形成pbi2和pbbr2沉淀，将沉淀过滤、干燥；

4、(2)钙钛矿前驱体制备：将csi、pbi2和pbbr2沉淀混合，加入溶剂充分搅拌得到前驱体溶液，将ln3+稀土元素化合物加入前驱体溶液中搅拌均匀得到ln3+掺杂前驱体溶液；

5、(3)将ln3+掺杂前驱体溶液在fto衬底上进行旋涂，在旋涂过程中滴加反溶剂，再将fto衬底放置在加热台上退火，得到晶粒尺寸大、孔洞少的无机钙钛矿薄膜。

6、优选地，步骤(1)中，所述pbi2投加0.2-0.8g，所述pbbr2投加0.2-0.8g；

7、所述极性溶剂投加5-20ml，所述极性溶剂为二甲基亚砜或二甲基甲酰胺；

8、所述甲苯投加5-20ml；

9、所述干燥是在80℃烘箱中烘干20-40h。

10、优选地，步骤(2)中，所述前驱体溶液为cspbiabrb，其中a+b＝3，0<a≤3，0<b≤3，所述前驱体溶液的浓度为0.8-1.3mol/l；

11、所述溶剂为二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶液，所述二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的体积比为2：3-4；

12、所述ln3+稀土元素为la、ce、pr、nd、pm、sm、eu、gd、tb、dy、ho、er、tm、yb、lu中的一种；

13、所述ln3+稀土元素化合物为lncl3或lnno3，所述ln3+稀土元素化合物与前驱体溶液的摩尔比为1：20-200，所述ln3+稀土元素化合物加入前驱体溶液中搅拌均匀得到ln3+掺杂前驱体溶液的步骤中，搅拌时间为10-50min。

14、优选地，步骤(3)中，所述fto衬底的尺寸为12mm*12mm-25mm*25mm；

15、将ln3+掺杂前驱体溶液在fto衬底上进行旋涂的步骤前，将fto衬底依次置于去离子水、异丙醇和乙醇中分别超声清洗15min，然后放入80℃的烘箱中干燥1h。

16、优选地，将ln3+掺杂前驱体溶液在fto衬底上进行旋涂的步骤中，所述旋涂转速为1000-4000r/min，时间为10-40s；

17、将fto衬底放置在加热台上退火的步骤中，所述退火温度为80-160℃，时间为10-30min。

18、优选地，步骤(3)中，在旋涂过程中滴加反溶剂的步骤具体为在匀胶开始后第5-20s均匀滴加反溶剂，所述反溶剂为氯苯或乙醚，滴加量为150-300μl。

19、本发明实施例的另一目的在于提供一种上述无机钙钛矿薄膜的制备方法制备得到无机钙钛矿薄膜。

20、本发明实施例的又一目的在于提供一种上述无机钙钛矿薄膜在制备钙钛矿光电探测器上的应用。

21、本发明实施例提供的一种无机钙钛矿薄膜的制备方法，选用ln3+(镧系稀土离子)作为掺杂剂，利用ln3+掺杂进无机钙钛矿前驱体溶液中，然后将处理后的前驱体溶液直接旋涂到准备好的玻璃衬底上，获得钙钛矿薄膜，ln3+离子半径小于ln3+，掺杂后晶体表面形成能发生改变，增大晶粒尺寸，同时，ln3+可以钝化薄膜内缺陷，减少非辐射复合损失，从而可得到晶粒较大、缺陷较少、结晶质量更好的无机钙钛矿薄膜，从而有效降低薄膜内缺陷密度和非辐射复合损失，提升薄膜光电转换性能，进而实现对器件各项光电性能的大幅度提升，由此获得的无机钙钛矿光电探测器具有显著提高的探测度和稳定性。

技术特征：

1.一种无机钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的无机钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述pbi2投加0.2-0.8g，所述pbbr2投加0.2-0.8g；

3.根据权利要求1所述的无机钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述前驱体溶液为cspbiabrb，其中a+b＝3，0<a≤3，0<b≤3，所述前驱体溶液的浓度为0.8-1.3mol/l；

4.根据权利要求1所述的无机钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述fto衬底的尺寸为12mm*12mm-25mm*25mm；

5.根据权利要求1所述的无机钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，将ln3+掺杂前驱体溶液在fto衬底上进行旋涂的步骤中，所述旋涂转速为1000-4000r/min，时间为10-40s；

6.根据权利要求1所述的无机钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，在旋涂过程中滴加反溶剂的步骤具体为在匀胶开始后第5-20s均匀滴加反溶剂，所述反溶剂为氯苯或乙醚，滴加量为150-300μl。

7.一种如权利要求1-6任一所述的无机钙钛矿薄膜的制备方法制备得到无机钙钛矿薄膜。

8.一种如权利要求7所述的无机钙钛矿薄膜在制备钙钛矿光电探测器上的应用。

技术总结
本发明适用于无机钙钛矿薄膜技术领域，提供了一种无机钙钛矿薄膜的制备方法，包括以下步骤：(1)钙钛矿原料的预处理；(2)钙钛矿前驱体制备；(3)将Ln<supgt;3+</supgt;掺杂前驱体溶液在FTO衬底上进行旋涂，在旋涂过程中滴加反溶剂，再将FTO衬底放置在加热台上退火，得到晶粒尺寸大、孔洞少的无机钙钛矿薄膜。本发明还提供一种无机钙钛矿薄膜的制备方法制备得到无机钙钛矿薄膜。本发明还提供一种无机钙钛矿薄膜在制备钙钛矿光电探测器上的应用。本发明选用Ln<supgt;3+</supgt;作为掺杂剂，掺杂后晶体表面形成能发生改变，增大晶粒尺寸，Ln<supgt;3+</supgt;可以钝化薄膜内缺陷，减少非辐射复合损失，可得到晶粒较大、缺陷较少、结晶质量更好的无机钙钛矿薄膜。

技术研发人员：方志源,徐文,宋宏伟,白雪,周东磊
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13