[发明专利]一种三维钙钛矿薄膜纳米尺度晶粒的调控方法及其应用和器件

说明书

本发明公开了一种三维钙钛矿薄膜纳米尺度晶粒的调控方法及其应用和器件。通过调控钙钛矿前驱体溶液的浓度或者AX和BX₂的比例，实现从纳米尺度对钙钛矿颗粒中晶粒大小的调控，从本征上优化钙钛矿薄膜的质量；通过钙钛矿晶粒大小的调控，明显改善钙钛矿薄膜覆盖率、提高钙钛矿材料内激发态的寿命从而提高载流子辐射复合发光的可能性、改变钙钛矿薄膜光致发光峰位置，实现薄膜光电性能的本征调控，特别是减少钙钛矿薄膜内和表面的缺陷态，最终提高钙钛矿器件的性能。

技术领域

本发明涉及光电技术领域，尤其涉及的是一种三维钙钛矿薄膜纳米尺度晶粒的调控方法及其应用和器件。

背景技术

近年来，随着化石燃料的不断消耗，人们亟待开发廉价、清洁的能源及低能耗、高效率的器件。钙钛矿材料以其原料易得、可溶液法制备、工艺流程简单的特点越来越受到人们的重视。然而目前传统三维钙钛矿薄膜由于成膜过程较难控制，导致薄膜覆盖率低、薄膜晶体质量差，器件效率和稳定性较低。因此，获得高覆盖率、高晶体质量的钙钛矿薄膜对实现高效、稳定钙钛矿光电器件至关必要。

为了提高三维钙钛矿材料的成膜质量，采用反溶剂法可以获得比较致密的钙钛矿薄膜，但是此方法只是从宏观上来控制钙钛矿颗粒大小，常会出现钙钛矿薄膜很致密，但是器件效率偏低的情况，薄膜质量与器件性能的关联关系还不明确。特别是在发光二极管领域，现有技术中采用反溶剂法制备薄膜的厚度达400nm左右，会明显增大发光器件的开启电压。

在钙钛矿材料的研究中，目前还没有从纳米尺度调控、表征钙钛矿薄膜的报道，也没有通过纳米尺度晶粒调控优化钙钛矿器件性能的方法，因此需要一种有效调控钙钛矿晶粒大小的方法来优化钙钛矿薄膜的质量，从而提高钙钛矿器件的性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种三维钙钛矿薄膜纳米尺度晶粒的调控方法及其应用和器件。

本发明的技术方案如下：

一种三维钙钛矿薄膜纳米尺度晶粒的调控方法，通过调控钙钛矿前驱体溶液的浓度或者AX和BX₂的比例，实现从纳米尺度对钙钛矿颗粒中晶粒大小的调控，从本征上优化钙钛矿薄膜的质量；三维钙钛矿薄膜结构为ABX₃，其由AX和BX₂以一定比例在溶剂中配制得到；其中A为阳离子基团，B为第四主族金属或过渡金属，X为三种卤族元素的任意配比；其中AX：BX₂摩尔比例为1～100:1～100；溶剂是指N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)或γ-丁内酯中的任意一种，或者DMF、DMSO与γ-丁内酯按1～100:1～100:1～100的比例配成的混合溶剂。

所述的调控方法，调控钙钛矿前驱体溶液的浓度为20％-5％，随着浓度从20wt％降低至10wt％，钙钛矿晶粒尺寸增加，从10wt％降低至5wt％，晶粒尺寸降低。

所述的调控方法，调控钙钛矿前驱体溶液的浓度为20％，15％，10％，7％，5％。

所述的调控方法，A为烷基胺、二胺、K⁺、Rb⁺和Cs⁺中的任意一种；B为第四主族：Pb²⁺，Ge²⁺，Sn²⁺中的任意一种，过渡金属为Cu²⁺，Ni²⁺，Co²⁺，Fe²⁺，Mn²⁺，Eu²⁺中的任意一种。

所述的调控方法，采用所述前驱体溶液旋涂制备钙钛矿薄膜，旋涂结束后将衬底加热退火得到钙钛矿薄膜。

所述的调控方法，在旋涂仪开始转动后，滴加氯苯、甲苯、氯仿、甲醚、乙酸乙酯或几种溶液的混合液，旋涂结束后，退火得到钙钛矿薄膜。