[发明专利]一种卤化物钙钛矿面内定向结晶方法

说明书

本发明属于卤化物钙钛矿半导体领域，公开了一种卤化物钙钛矿面内定向结晶方法，该方法包括以下步骤：(1)准备钙钛矿前驱体；(2)将钙钛矿前驱体涂敷在基底上，得到前驱体湿膜；(3)通过调控前驱体湿膜中溶剂的挥发位置及挥发方向，控制前驱体湿膜在单一的选定局域优先过饱和，实现可控位置的定位形核，同时抑制其他位置出现形核，建立放射状的面内浓度梯度，实现面内的定向连续生长，从而得到定位形核、连续生长的卤化物钙钛矿薄膜。本发明通过调控前驱体湿膜中溶剂的挥发位置、挥发方向，先发生定位形核，再发生面内定向连续生长，能够实现对高质量卤化物钙钛矿薄膜的可控制备。

技术领域

本发明属于卤化物钙钛矿半导体领域，更具体地，涉及一种卤化物钙钛矿面内定向结晶方法，该方法能够实现定位形核、面内定向结晶，从而得到面内定向连续生长的卤化物钙钛矿材料。

背景技术

随着人类活动对全球气候的影响，气候危机的影响范围越来越大，越来越严重，几近无处不在。同时传统能源的紧缺也逐渐威胁到人类的生存和发展，而应对这些问题，中国向世界宣布了2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标。在此趋势下，开发新能源特别是光伏技术，成为最关键的一环。

金属卤化物钙钛矿材料具有效率高、成本低且可溶液制备等优点，受到学术界和产业界的关注。在短短的十几年内，钙钛矿太阳能电池公证的光电转换效率由最初的3.8％迅速提高到25.7％，这与晶硅太阳能电池的差距已经非常小，有望实现光伏发电度电成本达到平价甚至的廉价化。

卤化物钙钛矿半导体材料中，优异的结晶和良好的形貌是确保半导体材料优异性能的基础。基于卤化物钙钛矿太阳能电池中，大量的研究工作围绕着优化卤化物钙钛矿薄膜的结晶和形貌展开。目前使用最广泛的方法有反溶剂法、连续沉积法、热涂敷法、吹气法和抽真空法，但这些方法得到的晶核数量多，晶粒尺寸小，导致晶粒与晶粒之间的晶界较多，而且每次制备的薄膜都具有很大的差异性。而对于制备大尺寸晶粒的空间限域逆温生长工艺，其不足之处是所制备的钙钛矿仍处于液相溶剂内，这需要对其进行有效处理才可保证其晶体质量，从而限制了其应用。发明人所在课题组的前期成果“一种高质量卤化物钙钛矿薄膜的制备方法”(中国专利申请CN113788629A)，通过在密闭空间中，可控缓慢去除溶剂，减少晶核的形成，平衡晶核的生长与溶剂的挥发有助于获得晶体充分生长的高质量钙钛矿薄膜。但这一方法中，晶核的形成是随机的，可能出现在薄膜的任意位置，使得高质量钙钛矿大面积薄膜的可控制备面临挑战。因此开发一个更可控的技术，以实现大面积高质量钙钛矿薄膜的可控制备，具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种卤化物钙钛矿面内定向结晶方法，其中通过调控前驱体湿膜中溶剂的挥发位置、挥发方向，先发生定位形核，再发生面内定向连续生长，能够实现对高质量卤化物钙钛矿薄膜的可控制备，通过面内定向结晶进一步提升制得的卤化物钙钛矿薄膜的质量，为高性能卤化物钙钛矿光电子器件的制备提供有力支撑。

为实现上述目的，按照本发明提供了一种卤化物钙钛矿面内定向结晶方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将正一价盐和正二价金属盐加入到溶剂中，得到钙钛矿前驱体；所述正一价盐和正二价金属盐均为卤素盐或者拟卤素盐；

(2)将步骤(1)得到的钙钛矿前驱体涂敷在基底上，得到前驱体湿膜；

(3)通过调控前驱体湿膜中溶剂的挥发位置及挥发方向，控制前驱体湿膜在单一的选定局域优先过饱和，实现可控位置的定位形核，同时抑制其他位置出现形核，建立放射状的面内浓度梯度，实现面内的定向连续生长，从而得到定位形核、连续生长的卤化物钙钛矿薄膜。

作为本发明的进一步优选，步骤(3)中，调控前驱体湿膜中溶剂的挥发位置及挥发方向，具体是：