[发明专利]一种石墨烯辅助的定位生长钙钛矿薄膜的方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯辅助的定位生长钙钛矿薄膜的方法，其是在目标基底上转移一层单层石墨烯，然后通过紫外曝光光刻技术，在石墨烯上定位需要生长钙钛矿薄膜的目标区域；再去除目标区域内的石墨烯并使目标区域亲水化，旋涂钙钛矿前驱体溶液并退火，使目标区域内生长钙钛矿薄膜；最后去除剩余石墨烯，即实现了钙钛矿薄膜的定位生长。本发明利用表面疏水的单层石墨烯，结合紫外曝光光刻技术，定位生长窗口，可以实现任意衬底上钙钛矿薄膜的定位生长，降低了对衬底的疏水性需求。

技术领域

本发明属于钙钛矿薄膜生长的技术领域，具体涉及一种石墨烯辅助的定位生长钙钛矿薄膜的方法。

背景技术

钙钛矿材料作为一种新兴材料，由于吸收系数高、带隙可调、电荷传播距离长以及光电转换效率高的特点，被广泛的应用在光电器件领域。

目前，钙钛矿薄膜多采用溶液法生长。如王鸣魁教授等人将CH₃NH₃PbI₃配置成前驱体溶液，通过旋涂使其均匀覆盖在基片的表面，高温退火即得到CH₃NH₃PbI₃钙钛矿薄膜(ACSAppl Mater.Interfaces.2014,10,1021；Adv.Optical Mater.2017,10,1002)。在此基础上中国工程物理研究院化工材料研究所郑霄家副研究员、张文华研究员通过在旋涂钙钛矿的过程中滴入氯苯和苯甲醚反溶剂，最后获得更加高质量的钙钛矿薄膜，其在薄膜表面粗糙度、载流子寿命以及电池性能等方面都有重大突破(Sol.RRL,2018,2,1700213)。宋宏伟教授等人则通过热蒸发法将PbI₂均匀的沉积到衬底上，再将基片浸泡在CH₃NH₃I的溶液中使之反应，然后高温退火得到CH₃NH₃PbI₃钙钛矿薄膜(Scientific Reports,2015,10,1028；Adv.Funct.Mater.2016,10,1002)。

由于材料本身的特性，钙钛矿薄膜生长完成之后不能接触水等溶剂，这使得基于其的光电器件不能通过传统半导体工艺中的紫外曝光光刻、显影等工艺来实现金属薄膜电极的沉积，而只能通过金属掩膜版掩膜蒸镀的方式(Adv.Opt.Mater.,2017,5,1700654)。随着器件尺寸的减小，金属掩膜版的加工难度增加。另一方面，随着光电探测器阵列研究的发展，基于钙钛矿薄膜的光电探测器阵列的研究也已开展，例如香港理工大学范志勇教授利用阳极氧化铝(AAO)模板，实现了卤化铅纳米线阵列的生长及基于其的3D图像传感阵列的制备(Adv.Mater.,2016,28,9713)。但是钙钛矿薄膜阵列的直接生长仍鲜有报导，而且显然，金属掩膜版蒸镀的方式难以实现该阵列的金属薄膜电极制备。因此，在钙钛矿薄膜定位生长之前实现金属薄膜电极的制备，是实现基于钙钛矿薄膜的光电探测器阵列制备的必经之路。然而，电子束蒸发、磁控溅射等物理气相沉积方式沉积的金属薄膜电极，无法达到纳米级的表面平整度，凹凸起伏的表面具有较好的亲水性，极难实现金属薄膜电极表面的疏水处理，因此旋涂、退火生长的钙钛矿薄膜无法定位生长，将完全覆盖金属薄膜电极表面，影响器件的下一步测试。

发明内容

在现有技术存在的基础之上，本发明旨在构建一种简单的、石墨烯辅助的定位生长钙钛矿薄膜的方法，所要解决的技术问题是通过疏水性的单层石墨烯的使用，实现钙钛矿薄膜的定位生长，这在光电传感器阵列的制备领域有着重要的意义。

本发明解决技术问题，采用如下技术方案：

本发明公开了一种石墨烯辅助的定位生长钙钛矿薄膜的方法，其特点在于，包括如下步骤：

a、在目标基底上转移一层化学气相沉积法生长的单层石墨烯；

b、旋涂光刻胶并通过紫外曝光光刻技术，在所述石墨烯上定位需要生长钙钛矿薄膜的目标区域；