[发明专利]一种CsPbI3薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料领域，具体涉及一种CsPbI₃薄膜的制备方法。

背景技术

近年来，一些钙钛矿结构的半导体材料，由于具有优良的光学吸收和电荷传导特性，成为目前太阳能电池领域的研究热点。相对于有机-无机杂化钙钛矿材料，全无机卤素钙钛矿材料(CsPbX₃，X＝Cl,Br,I)化学稳定性较高，且具有极高的荧光量子效率(高达90％)、荧光波长可调且覆盖整个可见光波段、线宽窄等特点，有望应用于新一代显示和照明技术中。此外，全无机钙钛矿材料具有极高的吸收系数，其光吸收能力比其它有机染料高10倍以上；而且它的八面体体系也有利于电子和空穴的传输，使得该材料具有高的载流子迁移率和较长的载流子寿命。

值得注意的是，全无机钙钛矿材料CsPbX₃作为直接带隙半导体材料，除了具有较高的光吸收系数和优异的载流子传输特性外，其特殊的发光性能长期以来也一直吸引人们的关注。全无机钙钛矿材料一般具有较高的激子结合能，从而表现出强的室温光致发光特性。此外，超低的体缺陷密度也使得钙钛矿材料表现出极高的发光效率。这些优势使得全无机钙钛矿材料在发光二极管、激光器件、场效应晶体管及光电探测器件领域也表现出广阔的应用前景。

目前钙钛矿材料多采用溶液法、旋涂法等化学方法制备，制备出的材料容易出现针孔、裂纹等缺陷，难以获得高质量的钙钛矿薄膜材料。这使得钙钛矿材料在实际应用中存在稳定性差、寿命短等问题，严重影响了钙钛矿光电器件的实际应用。

发明内容

本申请通过提供一种CsPbI₃薄膜的制备方法，以解决现有技术制备出的CsPbI₃薄膜质量不高，制备方法复杂等技术问题。

为解决上述技术问题，本申请采用以下技术方案予以实现：

一种CsPbI₃薄膜的制备方法，包括如下步骤：

S1：清洗单晶硅衬底表面，用氮气吹干后，将其置入脉冲激光沉积系统的真空生长室；

S2：采用脉冲激光沉积技术刻蚀靶材，在单晶硅衬底表面生长一层CsPbI₃薄膜；

S3：为了进一步提高薄膜质量和结晶度，将该CsPbI₃薄膜置于碘蒸气环境下进行退火处理，即在碘蒸气环境下，对CsPbI₃薄膜再结晶；

S4：生长结束后将样品取出，用去离子水清洗后，用氮气吹干。

进一步地，步骤S2中生长的CsPbI₃薄膜的沉积厚度为100nm～400nm。

进一步地，步骤S2中脉冲激光沉积技术的具体工艺条件为：背景真空为1×10^-6Pa～5×10^-6Pa，衬底温度为室温～400℃，激光能量为250mJ～350mJ，激光频率为5Hz～10Hz，激光功率为1.25w～3.5w，薄膜生长速度为

进一步地，室温为25℃～30℃。

进一步地，所述靶材为CsPbI₃靶，该CsPbI₃靶是利用摩尔比为1:1的CsI粉末和PbI₂粉末混合研磨均匀后，以40MPa压强制成的直径为1英寸、厚度为5mm的圆柱形靶材。

进一步地，步骤S2的具体为：利用高功率脉冲激光高温刻蚀CsPbI₃靶，形成等离子羽辉，经过等离子体的绝热膨胀过程，最后定向扩散到单晶硅衬底上成核生长，形成CsPbI₃薄膜。

进一步地，步骤S3中退火处理的工艺条件为：退火温度范围为90℃～140℃，退火时间为30min～120min。

进一步地，步骤S3中碘蒸气来源于单质碘颗粒，所述单质碘颗粒的浓度为99.5％。

进一步地，步骤S3的具体为：将单质碘颗粒和CsPbI₃薄膜置于培养皿中，将培养皿密封，并将该培养皿轻轻放于加热板上，使单质碘颗粒升华，使CsPbI₃薄膜在密封的碘蒸气氛围下退火再结晶。

进一步地，所述靶材与单晶硅衬底之间的距离为5cm。

与现有技术相比，本申请提供的技术方案，具有的技术效果或优点是：

1)该制备方法简单，反应温度低，反应时间短，成本低，适用于工业化生产；