[发明专利]一种宽禁带半导体衬底上旋涂单晶的生长方法

说明书

本发明属于钙钛矿太阳能电池、光电探测器以及宽禁带半导体光电材料与器件技术领域，公开了一种宽禁带半导体衬底上旋涂单晶的生长方法，在超声清洗机中用异丙醇、乙醇和去离子水各清洗30分钟，利用紫外臭氧处理衬底15分钟，对宽禁带半导体衬底进行彻底清洗；在经过彻底清洗的宽禁带半导体衬底上采用旋涂仪旋涂碘化铅或无机钙钛矿前体溶液；经过退火处理后，即可得到高质量的碘化铅和钙钛矿单晶薄膜。本发明采用旋涂工艺生长高质量碘化铅和钙钛矿单晶薄膜的技术，通过优化前体溶液的配比以及薄膜生长温度，使用旋涂工艺在宽禁带半导体衬底上生长碘化铅或钙钛矿材料，获得了高质量的外延单晶薄膜，应用于制造高效光电探测器或太阳能电池。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池、光电探测器以及宽禁带半导体光电材料与器件技术领域，涉及一种宽禁带半导体衬底上旋涂单晶的生长方法，尤其一种在宽禁带半导体衬底上采用旋涂工艺生长高质量碘化铅和钙钛矿单晶薄膜的方法。

背景技术

近年来，钙钛矿由于具有较高的光吸收系数、低的激子束缚能和长的载流子扩散距离等优点受到研究人员极大的关注，在短短十年时间钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已从3.8％提高到超过23％。由于制备过程与传统的有机/聚合物光电器件极为相似，因此钙钛矿光电器件在消费类电子产品、家用器具、智能建筑照明、工业、生产安全、卫生保健和生命科学、环境、玩具和教育领域有着广泛的应用前景。钙钛矿单晶与多晶相比，前者由于具有较少的缺陷密度和更长的载流子寿命，受到格外的关注。当前生长钙钛矿单晶的主流方法是利用钙钛矿在某种溶剂中不同温度下的溶解度差异析出钙钛矿单晶颗粒，这种的方法只能生长出三维体单晶，而不是二维单晶薄膜，不利于大规模应用。

碘化铅晶体是一种新型的X射线探测材料，具有原子序数大，电阻率高，物理化学稳定性高等优点，能够探测高能量的X射线，在X射线探测器领域具有巨大的应用价值。生长碘化铅单晶的方法较多，例如蒸发法，垂直布里齐曼法，水平区熔法等等，这些方法工艺较为复杂，设备价格昂贵，阻碍了碘化铅光电器件的应用。

针对于此，迫切需要一种简单有效的工艺来生长高质量钙钛矿和碘化铅单晶，以促进钙钛矿和碘化铅光电器件的大规模应用。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有利用钙钛矿在某种溶剂中不同温度下的溶解度差异析出钙钛矿单晶颗粒的方法只能生长出三维体单晶，而不是二维单晶薄膜，不利于大规模应用。

(2)现有生长碘化铅单晶的方法工艺较为复杂，设备价格昂贵，阻碍了碘化铅光电器件的应用。

解决上述技术问题的难度：通过溶液法析单晶生长的三维钙钛矿体单晶颗粒较小，需要把籽晶放在饱和钙钛矿溶液中长时间培养，多次重复以形成较大尺寸的体单晶，生长周期长，源材料消耗大，不适用于工业化生产。需要一种实用有效的方法来生长二维钙钛矿单晶薄膜。目前碘化铅单晶的生长方法有布里齐曼法和蒸镀法，需要高温和高真空，生长条件苛刻，生长速度缓慢，不适合碘化铅单晶的大规模生产。

解决上述技术问题的意义：旋涂法在宽禁带半导体衬底上生长无机钙钛矿和碘化铅单晶薄膜，是一种实用有效的生长方法，它具有工艺简单，适合大规模商业化应用的特点。采用旋涂法在宽禁带半导体衬底上生长出的高质量碘化铅可以被应用于室温下X射线和γ射线探测器，在宽禁带半导体衬底上或单晶硅衬底上旋涂生长的无机钙钛矿单晶可以被应用于钙钛矿太阳能电池，钙钛矿/硅叠层太阳能电池，钙钛矿光电探测器等等。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种宽禁带半导体衬底上旋涂单晶的生长方法。

本发明是这样实现的，一种宽禁带半导体衬底上旋涂单晶的生长方法，所述宽禁带半导体衬底上旋涂单晶的生长方法包括以下步骤：

步骤一，对宽禁带半导体衬底进行彻底清洗。

步骤二，在经过步骤一彻底清洗的宽禁带半导体衬底上采用旋涂仪旋涂碘化铅或无机钙钛矿前体溶液。