[发明专利]一种铯铅卤素钙钛矿厚膜及其制备与应用

说明书

本发明属于以半导体材料制备的辐射探测技术领域，公开了一种铯铅卤素钙钛矿厚膜及其制备与应用，其中制备方法具体是：(1)将铯铅卤素钙钛矿材料分散在基底上，然后加热使温度升至铯铅卤素钙钛矿的熔点以上，直至铯铅卤素钙钛矿完全熔化成液态；(2)将石英片覆盖在液态的钙钛矿材料上，使被石英片覆盖的液态钙钛矿材料在所述基底上均匀分散；(3)将温度以0.1～5℃/min的速率缓慢降低进行冷却，然后将石英片揭掉，即可得到粘连在基底上的钙钛矿厚膜。本发明通过对制备方法的整体工艺流程设计(包括温度控制程序)等进行改进，能够获得高性能、取向一致、稳定的、高灵敏度大面积厚膜，解决现有技术存在的工艺复杂、灵敏度低、取向不一致等问题。

技术领域

本发明属于以半导体材料制备的辐射探测技术领域，更具体地，涉及一种铯铅卤素钙钛矿厚膜及其制备与应用，其中制备方法制得的准单晶铯铅卤素钙钛矿厚膜尤其能够作为功能材料应用于辐射探测器中。

背景技术

辐射成像探测器广泛应用于医疗卫生、公共安全和高端制造业等行业。用于探测放射性射线的探测器一般有气体探测器、闪烁探测器、半导体探测器等类型，其中半导体探测器能得到最好的能量分辨率。由于X射线折射率为1导致X射线难以聚焦，因此需要和成像尺寸相匹配的大面积半导体厚膜。

近年来，有机无机杂化铅基钙钛矿半导体由于其高X射线吸收系数，载流子收集效率高等优势，在X射线探测领域取得了一系列进展(Nature 550,87–91,2017；Nat.Photon11,436,2017)，已经实现了高灵敏度X射线检测，但是有机离子的存在降低了材料的稳定性，随后发现的铯铅卤素钙钛矿用铯离子取代有机离子，提高了材料的稳定性。但是制备铯铅卤素钙钛矿厚膜的工艺存在厚度不够，晶粒太小，取向不一致等问题，限制了铯铅卤素钙钛矿在辐射成像领域的应用。

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铯铅卤素钙钛矿厚膜及其制备与应用，其中通过对制备方法的整体工艺流程设计(包括温度控制程序)等进行改进，能够获得高性能、取向一致、稳定的、高灵敏度大面积的准单晶铯铅卤素钙钛矿厚膜，解决现有技术存在的工艺复杂、灵敏度低、取向不一致等问题。制备得到的铯铅卤素钙钛矿具有上下贯穿的大尺寸晶粒(具有准单晶特性)和一致的取向，保证了厚膜的辐射探测应用时载流子的高效传输。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种铯铅卤素钙钛矿厚膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将铯铅卤素钙钛矿材料置于基底上，然后加热使温度升至铯铅卤素钙钛矿的熔点以上，直至铯铅卤素钙钛矿完全熔化成液态；

(2)保持温度维持在铯铅卤素钙钛矿的熔点以上，将石英片覆盖在液态的钙钛矿材料上，使被石英片覆盖的液态钙钛矿材料在所述基底上均匀分散；

(3)将温度以0.1～5℃/min的速率缓慢降低进行冷却，然后将石英片揭掉，利用石英片与铯铅卤素钙钛矿之间的惰性，即可得到粘连在基底上的钙钛矿厚膜，该钙钛矿厚膜即为厚度不低于1um的铯铅卤素钙钛矿厚膜。

按照本发明的另一方面，提供了一种铯铅卤素钙钛矿厚膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将铯铅卤素钙钛矿材料放置具有凹槽的石英片上，然后加热使温度升至铯铅卤素钙钛矿的熔点以上，直至铯铅卤素钙钛矿完全熔化成液态，这些液态钙钛矿材料将完全填充所述石英片的凹槽；

(2)保持温度维持在铯铅卤素钙钛矿的熔点以上，将基底覆盖在液态的钙钛矿材料上，使液态钙钛矿材料在被基底和石英片包围形成的凹槽空间内均匀分散；

(3)将温度以0.1～5℃/min的速率缓慢降低进行冷却，然后将石英片取下，利用石英片与铯铅卤素钙钛矿之间的惰性，即可得到粘连在基底上的钙钛矿厚膜，该钙钛矿厚膜即为厚度不低于1um的铯铅卤素钙钛矿厚膜。