[发明专利]一种在GaN单晶衬底上生长钙钛矿纳米晶及其制备方法

说明书

一种在GaN单晶衬底上生长钙钛矿纳米晶及其制备方法，制备方法的步骤为：(1)用丙酮、异丙醇、去离子水依次对GaN单晶衬底清洗，然后在紫外等离子体清洗仪中处理；(2)钙钛矿前驱体溶液的制备；(3)钙钛矿纳米晶的制备：将钙钛矿前驱体溶液旋涂到GaN衬底上，旋涂过程中加入反溶剂氯苯；旋涂结束静置，再放置在加热台上保温，使钙钛矿结晶制得卤素钙钛矿纳米晶。本发明具有操作简单方便，成本低，易于大面积成膜的优点，且获得的钙钛矿纳米晶具有均匀性好，结晶质量高，可见光吸收范围广等特点。

技术领域

本发明涉及一种在GaN单晶衬底上生长钙钛矿纳米晶及其制备方法，属于钙钛矿纳米材料技术领域。

背景技术

卤化物钙钛矿AMX₃(其中A＝CH₃NH₃⁺，CH(NH₂)₂⁺，Cs⁺；M＝Pb²⁺，Sn²⁺；X＝I^-，Br^-，Cl^-)纳米晶薄膜由于其光谱可调性、窄发射、高量子效率和溶液处理性，已成为有前途的下一代发光材料。这些特性可以使钙钛矿光源具有广泛的颜色再现范围、优异的颜色纯度、高亮度和低功耗的使用。在许多卤化物钙钛矿中，激子的结合能足够低以至于可以在室温下自发地解离成自由电子和空穴。这降低了辐射重组率，允许缺陷位点的非辐射辅助重组进行竞争，并降低了在低载流子密度下可实现的量子效率。然而，卤化物钙钛矿对环境空气和湿度往往不稳定，这种不稳定可能会在偏置电压下造成器件的不正常运行。

封装在更稳定材料的不渗透基质中是保护钙钛矿免受环境降解的一种策略。据报道，GaN单晶片作为生长卤化物钙钛矿的衬底时，GaN/AMX₃系统也形成了一个I型异质结，GaN的带隙跨越了钙钛矿的带隙，可以通过抑制钙钛矿的载流子波函数泄漏来增强载流子约束。有实验表明GaN包覆的钙钛矿的环境降解明显减慢，即使在环境大气中保存长达1年，钙钛矿的绿色光致发光特性仍被保存下来。发射峰波长和发射强度的蓝移也呈比例相关的趋势。从晶体生长的角度来看，GaN晶圆的原子光滑表面具有大量原子上尖锐的悬垂键和位错，为钙钛矿的均匀成核和异质外延沉积提供了位点。目前钙钛矿纳米晶的成膜方式主要有蒸发和旋涂两种，但蒸发法需要高真空环境和高的蒸发温度等制备条件，不利于薄膜的规模化生产。

发明内容

本发明提供了一种在GaN单晶衬底上生长钙钛矿纳米晶及其制备方法，该制备方法具有操作简单方便，成本低，易于大面积成膜的优点，且从扫描电子显微镜和可见光吸收图谱测试中得知该方法获得的钙钛矿纳米晶具有均匀性好，结晶质量高，可见光吸收范围广等特点。

一种在GaN单晶衬底上生长钙钛矿纳米晶的制备方法，包括以下步骤：

(1)用丙酮、异丙醇、去离子水依次对GaN单晶衬底清洗，然后在紫外等离子体清洗仪中处理；

(2)钙钛矿前驱体溶液的制备：

①按体积比为9:1的比例将DMF和DMSO在室温下混合后获得混合液A待用；

②称取纯度为分析纯的甲基卤化胺(MAX)或卤化铯(CsX)，然后和卤化铅PbY₂粉末分别加入到混合液A中，其中，MAX或CsX，与PbY₂粉末的质量比为1:1；然后放置在磁力搅拌器上搅拌直至全部溶解，过滤取澄清溶液，获得钙钛矿前驱体溶液；

(3)钙钛矿纳米晶的制备：将钙钛矿前驱体溶液以3000-5000rpm的速度旋涂到GaN衬底上，旋涂时间为45s，在旋涂到30s时快速加入反溶剂氯苯；旋涂结束静置3-5min后，再放置在100-220℃加热台上保温15min，使钙钛矿结晶制得卤素钙钛矿纳米晶。