[发明专利]高结晶质量的金属卤素钙钛矿薄膜，其制备方法及由其制备的光电探测器

说明书

本发明公开了一种高结晶质量的金属卤素钙钛矿薄膜，制备所述金属卤素钙钛矿薄膜的钙钛矿前驱体溶液中加入了乙胺碘添加剂。本发明还提供了由所述金属卤素钙钛矿薄膜制备的金属卤素钙钛矿光电探测器及其制备方法。通过往钙钛矿前驱体中加入乙胺碘，成功的调控了钙钛矿薄膜的结晶过程，并且得到了具有高结晶取向性的优质薄膜。以此薄膜为基础，制得了具有优良光电性能得自驱动光电探测器。

技术领域

本发明涉及钙钛矿材料技术领域，尤其涉及一种高结晶质量的金属卤素钙钛矿薄膜，其制备方法及由其制备的光电探测器。

背景技术

近年来，钙钛矿作为一种性能优良、制备简便的半导体材料，正在被越来越多的应用于光电领域。基于钙钛矿材料的光电转化器件例如钙钛矿电池、光电探测器正在快速的发展。从2012年以后，以甲脒为主要官能团的钙钛矿材料因为其更窄的光学带隙和更好的稳定性，逐渐取代了甲胺基的钙钛矿材料，成为相关研究的主要方向。

甲脒基钙钛矿光电器件的性能取决于钙钛矿薄膜本身的质量，其关键的光电性能如对光的吸收、光生载流子的传导能力都取决于薄膜晶体的优劣。而一般认为，具有高结晶性的钙钛矿晶体能够避免不同晶面接触产生的错位和缺陷，从而具有较好的光电性能。因此，对钙钛矿薄膜结晶性的优化是一项十分重要的过程。现有技术一般通过对钙钛矿的前驱体溶液加入合适的添加物来实现对钙钛矿结晶性的优化，所以合适的添加物对此钙钛矿的结晶性影响尤为重要。

然而，在现阶段的研究中，甲脒基钙钛矿薄膜结晶性的优化方法往往要需要掺入特定的物质如氯化甲胺等来促进其结晶性，但是这些引入的外来基团又会对钙钛矿薄膜造成一些其它的负面影响，如增大了其光学带隙而造成光吸收上的损失。同时，现阶段的理论对于钙钛矿晶体的形成过程缺乏全面的认识，特别是在涉及到从固体前驱体到钙钛矿结晶这类过程时，更是缺乏一套有效的解释理论来指导相关研究的发展。因此，对于如何在避免负面效应的前提下提升甲脒基钙钛矿的结晶性，成为钙钛矿光电研究方向的重要课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高结晶质量的金属卤素钙钛矿薄膜，以克服现有技术在提升甲脒基钙钛矿的结晶性的同时，也会对钙钛矿薄膜带来负面影响这一缺陷。

发明人经过长期研究发现，基于钙钛矿材料结晶过程中的特性，向甲脒基钙钛矿的前驱体溶液中加入一定量的短链烷胺盐——乙胺碘(CH₃CH₂NH₃I，Ethylamine Iodide)，可以调控其结晶过程，所制备的薄膜同时具有优良的结晶取向性和光电性能。

本发明提供了一种高结晶质量的金属卤素钙钛矿薄膜，制备所述金属卤素钙钛矿薄膜的钙钛矿前驱体溶液中加入了乙胺碘添加剂。

进一步地，所述乙胺碘添加剂的添加量为0～40mol％，优选地，所述乙胺碘添加剂的添加量为10～30mol％。

进一步地，所述钙钛矿前驱体溶液中包含碘化铅、甲脒碘和有机溶剂，所述碘化铅和甲脒碘的浓度均为1～1.5mmol/mL；所述有机溶剂为二甲基亚砜和二甲基甲酰胺的混合溶剂。优选地，所述碘化铅和甲脒碘的摩尔比为1：1。

本发明还提供了一种金属卤素钙钛矿光电探测器，包括导电基底以及依次设置于导电基底上的电子传输层、钙钛矿薄膜吸光层、空穴传输层和电极层，其中，所述钙钛矿薄膜吸光层为所述的金属卤素钙钛矿薄膜。

进一步地，所述电子传输层的材质为n型金属氧化物薄膜半导体，包括但不限于氧化锡或者氧化钛。电子传输层的厚度优选为10～50nm。

进一步地，所述空穴传输层的材质为有机共轭聚合物，如聚3-己基噻吩。空穴传输层的厚度优选为200～300nm。

本发明还提供了所述的金属卤素钙钛矿光电探测器的制备方法，包括以下步骤：

(1)在导电基底上旋涂制备电子传输层；