[发明专利]一种相变可控的全无机钙钛矿薄膜制备方法及器件应用

说明书

本发明属于光电功能材料技术领域，尤其涉及一种相变可控的全无机钙钛矿薄膜制备方法及器件应用。所述方法包括：(1)将先驱物溴化铅和溴化铯分别置于气相沉积装置内，将衬底置于沉积区，并对整个装置抽真空；(2)向气相沉积装置内通入惰性气体；(3)设定沉积温度和沉积时间，沉积温度选自500‑800℃，不同沉积温度下，钙钛矿薄膜的成分和晶型不同。本发明采用化学气相沉积方法，工艺条件简单，易于精确控制，适合产业化生产，同时薄膜均匀性好，与衬底材料附着性，覆盖性好，制备的光电薄膜，具有广阔的应用前景。本发明通过改变沉积温度，实现钙钛矿相从CsPb₂Br₅到CsPbBr₃可控生长。基于本发明得到的钙钛矿薄膜制备的光电探测器，表现出良好的光电响应和开关特性。

技术领域

本发明属于光电功能材料技术领域，尤其涉及一种相变可控的全无机钙钛矿薄膜制备方法及器件应用。

背景技术

近年来，有机无机杂化钙钛矿因其宽谱吸收，电子特性可调，载流子迁移率高等特点，使其在太阳能电池，发光二极管及探测器领域具有较大的应用前景。然而，相分离和光诱导卤素分离现象在很大程度上阻碍了有机无机杂化钙钛矿材料的发展。而采用金属离子(如铯，铷等)代替有机离子是解决钙钛矿热不稳定性非常好的方案。因此，很多种基于溶液的方法用于生长形貌可控的全无机钙钛矿晶体，基于此晶体制备的钙钛矿器件表现出优异的性能。然而对于大尺寸钙钛矿器件产业化应用，溶液法将受到薄膜厚度不足和相转变所限制，也就是说，全无机钙钛矿通常都是通过溶液方法制备，然而溶液法在大面积、高表面覆盖、大厚度薄膜制备中面临挑战。

化学气相沉积可以用于制备高质量的电子薄膜，也被用于有机无机杂化钙钛矿薄膜，对于全无机钙钛矿薄膜制备较少，通过研究沉积温度对于薄膜结构、形貌和光学特性较少。为了适应光电子器件快速发展需要，研发相变可控的全无机钙钛矿材料十分重要。

发明内容

鉴于现有技术中存在上述技术问题，本发明涉及一种利用化学气相沉积(CVD)方法，制备了相变可控的全无机钙钛矿薄膜。本发明利用化学气相沉积法，通过调节沉积温度控制钙钛矿薄膜的成分和晶型，制备优质全无机钙钛矿薄膜。

本发明采用的技术方案如下所述。

本发明提供一种相变可控的全无机钙钛矿薄膜制备方法，所述方法的具体步骤如下：

(1)将先驱物溴化铅和溴化铯分别置于气相沉积装置内，将衬底置于沉积区，并对整个装置抽真空；

(2)向气相沉积装置内通入惰性气体；

(3)设定沉积温度和沉积时间，沉积温度选自500-800℃，不同沉积温度下，钙钛矿薄膜的成分和晶型不同。

上述步骤(1)中，抽真空至100Pa，并重复3次，以去除多余的氧气和水蒸气；衬底材料为硅。

上述步骤(2)中，惰性气体为氩气，流量为80sccm。

上述步骤(3)中加热程序为：从室温加热到设定的温度时间为60min，然后保持时间为40min，停止加热，冷却到室温。

经过试验确定，在加热时间60min，保持时间40min的情况下，当沉积温度为500℃时，得到的钙钛矿基本为CsPb₂Br₅相；当沉积温度为600℃、700℃时，得到的钙钛矿为CsPb₂Br₅-CsPbBr₃双相结构，并随着温度升高CsPbBr₃相增多；当沉积温度为750℃时，得到的钙钛矿基本为CsPbBr₃相；当衬底温度为800℃是，钙钛矿薄膜降解。