基于纳秒脉冲激光协同二硫化钼掺杂的钙钛矿膜及其制备方法与应用

本发明涉及钙钛矿膜制备，特别涉及一种基于纳秒脉冲激光协同二硫化钼掺杂的钙钛矿膜的制备方法。

背景技术：

1、有机-无机杂化钙钛矿由于其优异的光电性能，如载流子迁移率高、载流子寿命长和吸收系数高等优点，已成为一种有前途的光电材料。钙钛矿薄膜的形态、结晶度和缺陷对载流子传输动力学、器件的长期性能和稳定性起着至关重要的作用。钙钛矿光吸收层吸收光子后产生的光生载流子要被两侧的电极收集，而在载流子传输的过程中，不可避免的会出现载流子复合的现象。导致载流子复合发生的主要原因包括能级不匹配，表面及内部存在缺陷等。例如，挥发性ma(ma＝ch3nh3+)组分在热退火过程中容易从钙钛矿结构中释放，产生的未配位pb2+缺陷可充当复合中心。因此，提高钙钛矿膜稳定性的关键是减少钙钛矿薄膜内部及其表面的缺陷态密度。

2、因此，有必要开发一种减少钙钛矿膜的缺陷，提高稳定性的钙钛矿膜及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种基于纳秒脉冲激光协同二硫化钼掺杂的钙钛矿膜的制备方法，通过本发明中的纳秒脉冲激光辅助二硫化钼工程，可实现对pb2+相关缺陷的钝化、热稳定性好；用于制备的钙钛矿光电探测器，响应度高，光电探测效率高，器件性能稳定性好。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、在本发明的第一方面，提供了一种基于纳秒脉冲激光协同二硫化钼掺杂的钙钛矿膜的制备方法，所述方法包括：

4、将由铅基化合物和卤素化合物组成的溶质溶解于溶剂中，获得钙钛矿溶液；

5、将二硫化钼与所述钙钛矿溶液混匀，获得前驱体溶液；

6、将所述前驱体溶液涂膜在衬底上形成湿膜，后采用纳秒脉冲激光对所述湿膜进行退火，形成钙钛矿薄膜。

7、进一步地，所述钙钛矿溶液的摩尔浓度范围为0.1～2mol/ml。

8、进一步地，所述铅基化合物包括pbcl2、pbbr2、pbi2、pb(scn)2、pb(ch3coo)2中的至少一种；所述卤素化合物的结构式为ax，a为ch3nh3、nh2-ch＝nh2、ch3ch2nh3、ch3(ch2)2nh3、ch3(ch2)3nh3、cs、li、na中的至少一种，x为f、cl、br、i中的至少一种；所述溶剂为n，n-二甲基甲酰胺(dmf)、二甲基亚砜(dmso)、n-甲基吡咯烷酮(nmp)、碳酸二甲酯、γ-丁内酯中的至少一种；

9、进一步地，所述铅基化合物由pbi2与mai按摩尔比1:1～3混合而成，所述卤素化合物由dmf和dmso按体积比4～9:1混合配制而得。

10、进一步地，所述二硫化钼的添加体积为所述钙钛矿溶液的体积的2％～10％。优选为2％～10％。最为优选为5％。

11、进一步地，所述涂膜于干燥的环境下进行，空气湿度小于50％，所述涂膜的方法包括旋涂、刮涂、辊涂中一种或多种。

12、进一步地，所述纳秒脉冲激光的功率为8～14w，所述纳秒脉冲激光的功率密度为0.2～0.8w/cm2，所述纳秒脉冲激光的扫描速度为400～600mm/s。

13、在本发明的第二方面，提供了采用所述方法制备得到的钙钛矿膜。

14、在本发明的第三方面，提供了所述的钙钛矿膜在制备钙钛矿光电探测器中的应用。

15、本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

16、(1)本发明提供的一种基于纳秒脉冲激光协同二硫化钼掺杂的钙钛矿膜的制备方法，通过基于纳秒脉冲激光协同二硫化钼掺杂，可实现对pb2+相关缺陷的钝化；钙钛矿薄膜质量更好，结晶度更高；钙钛矿薄膜的cbm更接近金层的能级，这有利于载流子传输；由于纳秒脉冲激光诱导的热机械动量以及mos2和钙钛矿之间的弱的范德瓦尔力，使钙钛矿薄膜中的残余应力降低；通过本发明所制备的钙钛矿薄膜，其改善的表面疏水性和减少的残余应力增强了钙钛矿膜的湿度和热稳定性；

17、(2)制备得到的钙钛矿膜用于制备钙钛矿光电探测器，响应度高，光电探测效率高，器件性能稳定性好。

技术特征：

1.一种基于纳秒脉冲激光协同二硫化钼掺杂的钙钛矿膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的的方法，其特征在于，所述钙钛矿溶液的摩尔浓度范围为0.1～2mol/ml。

3.根据权利要求1所述的的方法，其特征在于，所述铅基化合物包括pbcl2、pbbr2、pbi2、pb(scn)2、pb(ch3coo)2中的至少一种；所述卤素化合物的结构式为ax，a为ch3nh3、nh2-ch＝nh2、ch3ch2nh3、ch3(ch2)2nh3、ch3(ch2)3nh3、cs、li、na中的至少一种，x为f、cl、br、i中的至少一种；所述溶剂为n，n-二甲基甲酰胺(dmf)、二甲基亚砜(dmso)、n-甲基吡咯烷酮(nmp)、碳酸二甲酯、γ-丁内酯中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的的方法，其特征在于，所述铅基化合物由pbi2与mai按摩尔比1:1混合而成，所述卤素化合物由dmf和dmso按体积比4～9:1混合配制而得。

5.根据权利要求1所述的的方法，其特征在于，所述二硫化钼的添加体积为所述钙钛矿溶液的体积的0.5％～30％。

6.根据权利要求1所述的的方法，其特征在于，所述涂膜于干燥的环境下进行，空气湿度小于50％，所述涂膜的方法包括旋涂、刮涂、辊涂中一种或多种。

7.根据权利要求1所述的的方法，其特征在于，所述纳秒脉冲激光的功率为8～14w，所述纳秒脉冲激光的功率密度为0.2～0.8w/cm2，所述纳秒脉冲激光的扫描速度为400～600mm/s。

8.一种采用权利要求1-7任一项所述方法制备得到的钙钛矿膜。

9.权利要求8所述的钙钛矿膜在制备钙钛矿光电探测器中的应用。

技术总结
本发明公开了一种基于纳秒脉冲激光协同二硫化钼掺杂的钙钛矿膜的制备方法，所述方法包括：将由铅基化合物和卤素化合物组成的溶质溶解于溶剂中，获得钙钛矿溶液；将二硫化钼与所述钙钛矿溶液混匀，获得前驱体溶液；将所述前驱体溶液涂膜在衬底上形成湿膜，后采用纳秒脉冲激光对所述湿膜进行退火，形成钙钛矿薄膜。基于纳秒脉冲激光协同二硫化钼掺杂，可实现对Pb<supgt;2+</supgt;相关缺陷的钝化；钙钛矿薄膜质量更好，结晶度更高；改善的表面疏水性和减少的残余应力增强了钙钛矿膜的湿度和热稳定性；制备得到的钙钛矿膜用于制备钙钛矿光电探测器，响应度高，光电探测效率高，器件性能稳定性好。

技术研发人员：程佳瑞,孙丁月,刘峰
受保护的技术使用者：武汉大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11