[发明专利]利用两步纳米压印法制备的双钙钛矿横向异质结、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了利用两步纳米压印法制备的双钙钛矿横向异质结、制备方法及其应用，属于有机无机杂化钙钛矿横向异质结技术领域，具体包括钙钛矿前驱体制备、压印模板制备、异质结晶体的制备；利用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法，通过两步纳米压印在温度场和重力场的辅助下，避免第二种钙钛矿结晶过程中涉及的溶剂将先沉积的第一种钙钛矿晶体溶解，从而可得到由两种高质量钙钛矿晶体横向拼接而成的横向钙钛矿异质结；制备的横向异质结晶体表面形貌良好，缺陷较少，晶体生长取向良好；并利用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法制备了具备自供电、柔性、偏振灵敏性的高性能光电探测器，并且提升了光电响应特性和对环境的稳定性。

技术领域

本发明属于有机无机杂化钙钛矿横向异质结技术领域，具体涉及利用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结，由此获得的自供电钙钛矿光电探测器具有显著提高的探测性能和环境稳定性，进而实现对器件各项光电性能的大幅度提升。

背景技术

将钙钛矿材料组装成异质结结构是提升光电器件性能的有效手段；尤其是，由两种钙钛矿材料形成的异质结不仅可以在光电探测器中发挥良好的作用，而且在光伏、晶体管和激光器件中具有潜在的应用价值。对比于垂直异质结，在由共价键连接的横向异质结中，由于有源层直接与光接触因此减少了光的反射和损耗，更适合制备更高性能且稳定性更好的光电器件。得益于钙钛矿材料易于溶解的优点，溶液法常常被用来高效、低成本、大面积制备钙钛矿垂直异质结。然而，利用溶液法很难实现双钙钛矿横向异质结的制备，因为第一个沉积的钙钛矿很容易被后续前体溶液的溶剂溶解。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是：提供利用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法，通过两步纳米压印使第一步纳米压印所制备的微结构钙钛矿晶体成为第二步纳米压印过程中另一种钙钛矿晶体生长的成核位点，从而实现由两种钙钛矿拼接而成的横向钙钛矿异质结晶体的制备。在此过程中，为了防止第一步纳米压印得到的第一种钙钛矿晶体被第二种钙钛矿前驱体溶液的溶剂溶解，本发明将第一步纳米压印完成后的模板-第一种晶体-衬底体系处于一个温度梯度中，使得第一种晶体处于高温区，随后滴加第二种钙钛矿前驱体溶液到低温区；由于钙钛矿材料在DMF等溶剂中的溶解度随着温度的升高而降低，因此当第二种前驱体溶液流动到处于高温区的第一步中沉积的钙钛矿晶体处时不会将其溶解，而是以其为成核点开始结晶；由温度梯度所产生的梯度力由高温区指向低温区，阻碍第二种前驱体溶液的流动。所以，需要将系统倾斜一定角度，使得重力将这一梯度力抵消，保证第二种钙钛矿前驱体溶液向第一步纳米压印沉积的晶体运动。本发明提出的两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法可得到具有高结晶质量的双钙钛矿横向拼接形成的横向异质结。

本发明通过如下技术方案实现：

利用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法，具体步骤如下：

(1)准备限制钙钛矿晶体定向生长的微米结构：

具体步骤为：选择衬底，经过丙酮、乙醇和去离子水清洗干净后烘干；将具有凹陷微米结构的PDMS模板按压在衬底上使其与衬底紧密接触形成相互独立的微米凹槽结构后撤除压力；

(2)制备第一种钙钛矿晶体微结构：

具体步骤为：将第一种钙钛矿前驱体溶液滴在PDMS模板的一端，溶液在毛细力作用下，将微米凹槽部分填充后，进行加热，使得第一种钙钛矿晶体在微米凹槽的限域作用下生长；

(3)制备双钙钛矿异质结晶体结构：