[发明专利]一种大面积弹性CsPbBr3

说明书

本发明公开了一种大面积弹性CsPbBr₃单晶薄膜材料及其制备方法，该单晶薄膜材料通过特殊旋涂法在弹性聚合物表面生长获得，该薄膜材料为最大面积可达100 cm²、厚度小于10μm的立方相CsPbBr₃（100）单晶薄膜，且该单晶薄膜表面粗糙度Ra不超过15 nm。此外，通过该方法制备的单晶薄膜具备较好弹性，沿该单晶薄膜表面单一方向进行机械拉伸，其最大应变量可达到11.23%，而沿平面内相互垂直的两个方向同时进行相同应变的机械拉伸，其单个方向上最大应变量可达到5.33%，有利于CsPbBr₃基器件应用领域的拓展以及进一步通过应力调节开发单晶薄膜光电相关性能。

技术领域

本发明涉及CsPbBr₃单晶薄膜，特别是涉及一种大面积弹性CsPbBr₃单晶薄膜及其制备方法，属于钙钛矿技术领域。

背景技术

卤素钙钛矿在其可见光谱中表现出强烈的吸收特性，由于其具备的激子结合能低、载流子扩散长度长、陷阱态密度低，而在光电器件领域获得了广泛的研究。尤其是在过去几年中，将混合钙钛矿作为敏化剂的光伏器件的效率显著提高，最近的器件效率超过20％，杂化钙钛矿发光二极管(LED)也具有约10％的外部量子效率和很高的颜色纯度。然而，杂化钙钛矿在含有水分或略高温度下运作时，其易于分解成卤化铅和挥发性有机组分。相比于杂化钙钛矿材料，全无机钙钛矿材料在化学物理稳定性上具备更优异性能，因此许多学者将关注点放在其薄膜器件的光电性能研究，并成功地应用于光伏、探测器、激光器和发光二极管(LED) 等领域。

CsPbBr₃作为一种全无机结构的钙钛矿材料，没有任何挥发性有机组分，克服了与杂化钙钛矿相关的稳定性问题。此外可以通过一些处理就表现出高达90％的光致发光量子产率，而不需要更宽的带隙表面钝化层，因为它们具有较高的缺陷容限。这些突出的特点对开发新一代低成本、可解决光电应用的材料很有益处。然而，其相对杂化钙钛矿具备的更好的稳定性仍然需要进一步提高才能使其投入日常生产生活中。目前较为合理的方式之一即制备出稳定的弹性CsPbBr₃薄膜，通过使其具备弹性一方面改善其机械特性，使其可以应用于更多的场合；另一方面也可以一定程度上改善其光电性能。Liao等人制备出一种具有有效缺陷钝化的自组装核壳结构量子点的极其均匀和平坦的溴化铯铅(CsPbBr₃)薄膜。一步前驱体自旋包覆的CsPbBr₃薄膜中形成的量子点平均尺寸为4.5nm，有效地限制了激发电子空穴对，导致超高激子结合能为198meV。(LS Liao,et al.Self-Assembled High QualityCsPbBr₃ Quantum Dot Films Toward Highly Efficient Light-Emitting Diodes,ACSnano,2018,12(9): 9541-9548.)。Hu等人则是将全无机钙钛矿CsPbBr₃应用于柔性电阻开关存储器器件的电阻开关元件上(W Hu,et al.Flexible All-Inorganic PerovskiteCsPbBr₃ Nonvolatile Memory Device, ACS Appl Mater Interfaces,2017,9(7):6171-6176.)，结构为Al/CsPbBr₃/PEDOT： PSS/ITO/PET。该器件在不同弯曲角度和连续弯曲循环下的电特性统计数据也表明，这些柔性器件具有良好的光电可靠性和机械稳定性。由此可见，通过制备出弹性的薄膜可以在一定程度上改善其光电性能以及拓展应用领域。