[发明专利]直径可调的CH3NH3PbI3钙钛矿微米线的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及钙钛矿生产领域，特别是指一种生长方向可控、单分散性好、直径可调的CH₃NH₃PbI₃钙钛矿微米线的合成方法。

背景技术

近两年，有机/无机杂化钙钛矿材料（CH₃NH₃PbX₃，X=Cl/Br/I）在光电探测领域的潜在应用开始引起人们的广泛关注，这主要得益于该材料较大的光吸收系数、较高的载流子传输速率以及其带宽连续可调的特性。然而，基于钙钛矿材料的光电探测器在性能提升上遇到了瓶颈，器件的响应率仍相对较低。从材料的角度考虑，如何提高材料的结晶度、保证材料成膜的连续性，减少材料内部因为晶界而引入的缺陷，是提高钙钛矿基探测器性能的关键。同时，钙钛矿薄膜内部大量晶界的存在也会明显降低材料的稳定性，从而严重影响钙钛矿探测器在实际使用过程中的寿命。

相比二维的薄膜材料，一维结构的钙钛矿微米线具有形状规则、结构完整以及结晶度高等优势，而且材料本身具有非常低的缺陷密度。同时，钙钛矿微米线沿线的生长方向具有很高的载流子迁移率和扩散长度，这非常有利于光生载流子的传输，对提升光电探测器的响应率和响应速度是非常有利的。虽然，目前已有部分关于一维钙钛矿材料的研究，但更多是局限在纳米尺度，且多作为发光材料使用。在一维钙钛矿微米线方面，文献“Aligned single-crystalline perovskite microwire arrays for high-performance flexible image sensors with long-term stability [J]. Adv. Mater. 28, 2201（2016）”报道了CH₃NH₃PbI₃钙钛矿微米线在光电探测器上的应用，但因受限于CH₃NH₃PbI₃微米线较差的结晶度和形貌可控性，器件的响应率相对较低、且响应时间较长。从器件制备的角度考虑，单根分散、直径微米量级、长度厘米量级等关键指标的实现是提升钙钛矿微米线光电探测性能的关键，因此，发展钙钛矿微米线的可控合成技术是器件研制的基础，其制备成功也将为高性能光电探测器的研制奠定材料基础。

发明内容

本发明提出一种直径可调的CH₃NH₃PbI₃钙钛矿微米线的合成方法，解决了现有技术中生产钙钛矿微米线比较困难的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种生长方向可控、单分散性好、直径可调的CH₃NH₃PbI₃钙钛矿微米线的合成方法，是按照下列步骤实现：

步骤（1）、清洗衬底；

步骤（2）、将CH₃NH₃I和PbI₂溶于二甲基甲酰胺中，配制浓度为0.05~1.0 mol/L的前驱体溶液；

步骤（3）、吸取前驱体溶液10~30μL，滴加在清洗好的衬底上，并用载玻片均匀涂敷得到样品；

步骤（4）、把样品倾斜30~60°放置在密封容器内缓慢干燥，直至衬底表面布满线状结晶，且没有液体存在；

步骤（5）、取出结晶后的样品，放在加热台上进行100~150℃退火处理，退火时间为10~20分钟，退火气氛为高纯氮气，即可得到CH₃NH₃PbI₃钙钛矿微米线。

所述步骤（4）是室温条件。或者所述步骤（4）对密封容器加热至30℃

优选的，步骤（1）中清洗衬底是按照下述方式进行的：将干净的衬底依次在丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗10分钟，然后用高纯氮气吹干。

优选的，所述步骤（1）中所使用衬底为玻璃衬底、硅衬底或蓝宝石衬底。

优选的，步骤（2）的前驱体溶液中CH₃NH₃I和PbI₂的物质的量之比为1:1。