[发明专利]一种铯锡碘薄膜、其制备方法及应用

说明书

本发明公开一种铯锡碘薄膜、其制备方法及应用，所述Cs₂SnI₆薄膜的制备方法，包括以下步骤：（1）将碘化铯与碘化锡加入DMSO或DMSO和DMF的混合溶剂中，在20~70℃搅拌溶解，配成Cs₂SnI₆前驱体溶液；（2）以步骤（1）中配制得到的前驱体溶液在N₂氛围下静置陈化3天~10天后，旋涂沉积在衬底上得到前驱体薄膜；（3）将步骤（2）中得到的前驱体薄膜放置在温度为30‑70℃的热台上静置1.0min~40min；然后再放在旋涂机上，滴40μL‑100μL补充溶液，该溶液滴上之后旋涂干；（4）对步骤（3）中得到的薄膜退火处理，得到Cs₂SnI₆薄膜。

技术领域

本发明属于钙钛矿光电探测器领域，具体涉及一种铯锡碘薄膜、其制备方法及应用。

背景技术

有机-无机杂化卤化铅钙钛矿（OIHPs）是近年来出现的一种新型光电材料，其中有机无机杂化型钙钛矿薄膜光电探测器( Photodetectors, PDs)，得益于较低的制备和材料成本、简易的制备过程、易于柔性化集成等特点，发展迅速。当前研究较多的PDs主要采用毒性的铅元素，容易对环境造成污染。非铅钙钛矿薄膜光电探测器中常采用锡元素代替铅，但目前性能较好的光电探测器的纯锡钙钛矿中的锡为+2价，本身在空气中极易被氧化成+4价的锡，易造成钙钛矿薄膜光电器件性能的严重降低。开发新型稳定的锡基钙钛矿薄膜及光电探测器具有重要的科学意义和应用价值。

相对于+2价的锡，+4价的锡在构成钙钛矿时会组成一种双钙钛矿相，以铯锡碘（Cs₂SnI₆）的形式存在。体材料的带隙报道值多在1.45-1.6eV之间，正是很有潜力的光电材料。然而，目前研究报道的Cs₂SnI₆在制备中主要采用真空蒸镀法，即蒸镀碘化铯和碘化锡至衬底上，然后再经过退火反应生成铯锡碘Cs₂SnI₆的钙钛矿相。真空蒸镀的方法所用设备条件要求较高，能耗高，成本高，不利于大规模产业应用。还有部分报道采用溶液法首先合成铯锡碘Cs₂SnI₆的粉末，然后再溶解于一定溶剂中，经过旋涂制备薄膜。该工艺采用液相过程，降低了成本，但制备过程繁琐，产率不高，产物溶解性较差。常规有机无机杂化钙钛矿薄膜在制备时，通常将其前驱体直接混合溶解，采用旋涂的方式先制备前驱体薄膜，然后在经过退火生成钙钛矿相，过程简单易控，质量高，适合做高效的薄膜光电器件。然而Cs₂SnI₆薄膜采用类似的工艺却鲜有报道。

发明内容

本发明针对现有的Cs₂SnI₆薄膜制备工艺的局限性，提供一种简易的溶液法制备Cs₂SnI₆薄膜的方法，并将薄膜用作钙钛矿光电探测器的吸光敏层。以Cs₂SnI₆的前驱体混合溶液作为旋涂液制备前驱体薄膜后，经过一定的碘化锡补充，再退火生成的Cs₂SnI₆薄膜具有良好的结晶相和较高的相纯度，薄膜致密光亮，适合做光电探测器或太阳能电池。

基于上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种溶液法制备Cs₂SnI₆薄膜的方法，包括以下步骤：

（1）将碘化铯与碘化锡加入DMSO或DMSO和DMF的混合溶剂中，在20~70℃搅拌溶解，配成Cs₂SnI₆前驱体溶液；

（2）以步骤（1）中配制得到的前驱体溶液在N₂氛围下静置陈化3天~10天后，旋涂沉积在衬底上得到前驱体薄膜；陈化目的是增加溶液中DMSO与金属阳离子Cs⁺和Sn⁴⁺的络合能力，有利于提高薄膜质量。