[发明专利]一种原子层沉积制备有机无机杂化卤素钙钛矿材料的方法

说明书

本发明属于集成电路制造领域，其公开了一种原子层沉积制备有机无机杂化卤素钙钛矿材料的方法，该方法主要包括两部分：通过对材料基底进行3‑氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)与氢碘酸或者十三氟辛基三乙氧基硅烷(FOTS)等表面处理，实现含铅前体的有效附着，能够形成一层单分子层；通入有机铵盐前体与单层含铅前体反应形成单层材料，多次循环得到最终的有机无机杂化卤素钙钛矿光电材料。本发明方法利用气相的原子层沉积方法，通过调控循环周期数进而得到所需厚度的薄膜材料，并且能够制备出大面积均匀的钙钛矿薄膜，从而拓展有机无机杂化卤素钙钛矿材料在太阳能电池、光探测器、激光器等光电领域的应用。

技术领域

本发明属于集成电路制造领域，涉及一种原子层沉积制备有机无机杂化卤素钙钛矿光电材料的方法，针对大规模、可控、环境兼容性的制备钙钛矿材料，提出了一种气相原子层淀积技术，可以实现高质量有机无机杂化卤素钙钛矿光电材料的制备，如甲氨基碘化铅(CH₃NH₃PbI₃)、甲脒碘化铅(FAPbI₃)等材料。

背景技术

有机无机杂化卤素钙钛矿自被发现以来，逐渐发展成为了一种高效、低成本的能源材料。该类材料具有许多优点：禁带宽度与太阳光谱比较匹配；有很宽的光吸收范围，对于可见光可以实现全谱吸收；束缚能比较小，一般小于100meV；双载流子材料，可以同时传输电子和空穴；有较大的扩散长度与寿命，电子和空穴的复合几率低；器件制备方法多样简单等，这些性质特点决定了该类材料在光电领域具有非常广阔的应用前景，如光伏电池、激光器、发光二极管以及光敏传感器。

目前有机无机杂化卤素钙钛矿材料的制备方法主要分为三种：(1)两步溶液法，即两种前体分别溶解在有机溶剂，先使含铅前体沉积成膜，然后浸入有机铵盐溶液中，最后加热退火转变成钙钛矿材料；(2)一步溶液法，即将两种前体同时溶解在同一种溶剂中，沉积到基底上，最后加热退火；(3)化学气相沉积。然而，随着钙钛矿材料在集成电路和探测器等新兴领域的应用不断拓展，对该类材料薄膜的厚度、均匀性和填隙能力等均提出了更高的要求，然而以上三种制备钙钛矿薄膜方法都受到了很大的限制，无法满足未来光电技术发展的需求。近些年来，原子层沉积(atomic layer deposition，ALD)技术是被广泛应用于集成电路制造领域，这得益于ALD技术具有一些独特的优点，如原子层级厚度控制能力、优异的保形性能、大面积薄膜均匀性、精确的数字化厚度控制能力。因此，ALD提供了一种大规模制备高质量有机无机杂化卤素钙钛矿材料薄膜的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种有机无机杂化卤素钙钛矿光电材料的制备方法，采用气相原子层淀积技术，通过对基底的特异性修饰保证含铅前体能够有效吸附在基底表面形成单分子层，依靠高温辅助促使两种钙钛矿前体反应。通过控制生长的循环周期数，来制备特定厚度、特定形貌的钙钛矿材料，从而可以实现钙钛矿材料的可控制备。

为了达到上述目的，本发明提供了一种原子层沉积制备有机无机杂化卤素钙钛矿光电材料的方法，该方法主要包括两部分：通过对材料基底进行3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)与氢碘酸或者十三氟辛基三乙氧基硅烷(FOTS)等表面处理，可以实现含铅前体的有效附着，形成一层单分子层；通入有机铵盐前体与之反应形成单层材料，多次循环得到最终的有机无机杂化卤素钙钛矿光电材料。

具体的，本发明的技术方案如下：

本发明第一个方面公开了一种有机无机杂化卤素钙钛矿材料的制备方法，包括以下步骤：将基底表面处理后，依次通入含铅前体和有机铵盐前体得到单层有机无机杂化卤素钙钛矿材料；重复通入含铅前体和有机铵盐前体，根据所需要的厚度确定循环次数，即得到有机无机杂化卤素钙钛矿材料。

上述“厚度”即为有机无机杂化卤素钙钛矿材料的最终厚度。

优选的，具体包括以下步骤：

步骤1，对基底进行表面处理；