[发明专利]一种基于可控离子再分布的钙钛矿薄膜同质结微纳PN结加工方法

说明书

一种基于可控离子再分布的钙钛矿薄膜同质结微纳PN结加工方法，涉及光电器件的微纳加工领域。其步骤是：1)制备均匀的钙钛矿薄膜并放置两个电极；2)通过对钙钛矿薄膜的高电压偏置，形成薄膜局部内可移动离子(如碘离子、MA离子等)的特定浓度分布；3)通过第1步中的电极向薄膜施加电压，驱动第2步中游离离子空间重排，改变钙钛矿薄膜在不同位置的成分和费米能级，使其符合微纳PN结的要求；4)通过对薄膜进行特定处理抑制薄膜局部内可移动离子的迁移，从而实现在低电压下稳定工作的钙钛矿薄膜同质结微纳PN结。

技术领域：

本发明涉及光电器件的微纳加工领域，具体来说是一种基于可控本征缺陷再分布的钙钛矿同质结PN结全干法微纳加工技术

背景技术：

随着我国工业化、信息化的快速发展，对各类光电器件，特别是微纳光电器件的需求日益增长。传统的微纳光电器件的基础材料是以硅为代表的单质原子晶体。然而这类单质原子晶体存在一些难以克服的问题，例如硅本身属于间接带隙材料，非晶硅迁移率较低，硅的带隙不可调等等。这些问题限制了其在光电器件中的应用。基于上述问题，许多新型半导体材料逐渐开始在微纳光电领域崭露头角。近来，以金属卤化物钙钛矿为代表的钙钛矿半导体被广泛的应用于光伏、发光及光电探测等多种PN结中。其得到广泛应用的原因是其本身优异的物理化学性质，包括禁带宽度可调(1.2-2.3eV)、较长的载流子寿命(2μs)和扩散长度(1μm)、优异的光学吸收系数(10⁵cm^-1)以及成本低廉、合成方式简单等。但是由于钙钛矿本身可溶解，导致无法与经典的基于光刻胶(其典型溶剂是γ-丁内酯，可溶解钙钛矿)的微纳加工工艺兼容，限制了其在微纳PN结的方面的应用。目前的钙钛矿微纳PN结，通常是在较大尺寸的钙钛矿上附加其它可进行微纳加工的材料而成的。这样形成的微纳PN结工艺较为复杂，导致器件性能难以控制。此外，钙钛矿和上述附加材料接触处所形成的异质结界面处的界面缺陷也会限制器件性能。

发明内容：

针对目前技术中存在的问题，本发明的目的便是绕过光刻胶工艺，通过调控钙钛矿自身内可移动离子的空间分布实现钙钛矿薄膜同质结微纳光电器件，其显著优点是没有使用附加材料形成的异质结，也没有在钙钛矿薄膜上使用光刻胶。

本发明一种基于可控离子再分布的钙钛矿薄膜同质结微纳PN结加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制备均匀的钙钛矿薄膜并在钙钛矿薄膜中制备两个平行的嵌入电极，两个电极平行镶嵌到钙钛矿薄膜中；

(2)通过高偏置电压，调控钙钛矿薄膜局部内可移动离子(如碘离子、MA离子等)的浓度；通过步骤(1)中的电极向钙钛矿薄膜施加偏置电压，驱动两电极之间钙钛矿薄膜中游离离子空间重排，从而改变钙钛矿薄膜在不同位置的成分和费米能级，使其符合同质结微纳PN结的要求；

(3)通过在步骤(2)处理后的钙钛矿薄膜上依次旋涂PCBM与PMMA进行钝化从而抑制可移动离子即游离离子的回迁，旋涂所需的溶液是经过室温24小时搅拌处理的PCBM的氯苯溶液(0.5％质量比)和经室温1小时搅拌处理的PCBM的氯苯溶液(0.5％质量比)，钝化后可以实现低电压区间(-10伏至+10伏)稳定工作的钙钛矿同质结微纳PN结。

本发明步骤(2)施加偏置电压和处理的时间，可根据需要进行调整，最终使得两电极之间钙钛矿薄膜中游离离子迁移从而空间重排，即阴离子向阳极迁移，阳离子向阴极迁移从而达到符合同质结微纳PN结的要求。

所述的偏置电压为直流电压。

附图说明：

图1为在衬底上制备电极的方法示意图

图2为在衬底上及电极上制备均匀钙钛矿薄膜的方法示意图

图3为通过高偏置电压促使钙钛矿中游离离子空间重排的方法示意图

图4为通过旋涂PCBM和PMMA抑制游离离子迁移的方法示意图