[发明专利]一种大面积钙钛矿半导体单晶薄膜的制备方法

说明书

本发明涉及光电材料技术领域，本发明提供了一种大面积钙钛矿半导体单晶薄膜的制备方法，利用重力的作用改变涂覆于倾斜衬底上的钙钛矿前驱体溶液的形状；随着溶剂的蒸发，钙钛矿前驱体溶液顶部边缘的溶液浓度迅速过饱和形成晶核；溶剂的蒸发引起了溶液内溶质的对流，导致与已形成的结晶接触的液面优先结晶；之后通过半密封器皿控制溶剂的蒸发速率，已经结晶的区域浓度被控制在优化生长区，使结晶继续长大；随着蒸发的进行，已经形成的结晶持续进行面内的外延生长，最终获得大面积高质量的钙钛矿单晶薄膜。本发明提供的制备方法得到的钙钛矿半导体单晶薄膜的面积可以达到100mm²～1m²，没有明显的晶界和缺陷存在，质量较高。

技术领域

本发明涉及光电材料技术领域，尤其涉及一种大面积钙钛矿半导体单晶薄膜的制备方法。

背景技术

近年来，有机无机杂化钙钛矿半导体材料受到了广泛的研究，这类材料具有低成本、制备简单、高的光吸收系数、高的载流子迁移率等优异性能，因此可以作为太阳能电池、发光二极管和光电探测器等光电器件的材料。到目前为止，在实验室中已经实现了这些光电器件的高性能记录。然而，这些高性能光电器件的商业化发展仍面临着稳定性差和器件尺寸小的挑战。准二维钙钛矿材料具有更好的稳定性，这是由于在准二维钙钛矿材料的晶体结构中，无机层与层之间插入了大型的有机疏水阳离子长链，有效地防止环境中的水分子进入无机八面体的离子晶格中，保护钙钛矿材料的稳定性。

目前准二维钙钛矿薄膜生长方法常见的有：化学气相沉积法、旋涂、刮涂、夹缝式挤压涂布、喷涂、印刷等。但是这些方法制备得到的准二维的钙钛矿单晶薄膜普遍存在尺寸较小，连续性差的缺陷。例如中国专利CN201611064731.8公开了采用夹缝式挤压涂布方法得到的钙钛矿单晶薄膜的面积不到5mm²，不能得到连续的、大面积的钙钛矿单晶薄膜。再如化学气相沉积方法虽然能够获得高质量的钙钛矿单晶薄膜，但是这种方法制备出的钙钛矿单晶面积一般是几个微米，厚度在10nm～1μm，大面积的制备钙钛矿微纳单晶比较困难；并且，化学气相沉积法设备成本高，制备过程需要高温环境，也不利于准二维钙钛矿薄膜未来的产业化发展。因此，有必要开发出一种成本低的工艺来制备高质量且大面积准二维的钙钛矿单晶薄膜。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本低、高质量且大面积的钙钛矿半导体单晶薄膜的制备方法。

为实现以上目的，本发明提供了一种大面积钙钛矿半导体单晶薄膜的制备方法，包括以下步骤：

提供钙钛矿前驱体溶液；

将所述钙钛矿前驱体溶液涂覆于倾斜衬底上，结晶后得到大面积的单晶薄膜；所述倾斜衬底放置于半密封器皿中。

优选地，所述钙钛矿前驱体溶液中钙钛矿前驱体包括苯乙胺铅溴、苯丙胺铅溴、苯丁胺铅溴或苯乙胺锡溴。

优选地，所述钙钛矿前驱体溶液的浓度为钙钛矿前驱体在室温下溶解度的50～80％。

优选地，所述涂覆包括滴加、刮涂法、夹缝挤压涂布法。

优选地，所述倾斜衬底的倾斜角度为4～8°。

优选地，所述半密封器皿为用封口膜密封的结晶皿，所述封口膜的表面留有10～50个直径为1～5mm的孔。

优选地，所述半密封器皿内部的气氛的湿度小于30％。

优选地，所述气氛包括空气或惰性气体。

优选地，所述结晶的温度为20～25℃，所述结晶的时间为48～72h。

有益效果：