[发明专利]甲胺卤化铅酸盐化合物单晶微米薄片生长方法及生长装置

说明书

技术领域

本发明涉及有机-无机复合半导体单晶微米薄片材料的生长方法及生长装置，特别涉及 甲胺卤化铅酸盐化合物大尺寸单晶微米薄片的生长方法及生长装置，属于晶体材料技术领 域。

背景技术

甲胺卤化铅酸盐化合物(化学式：CH₃NH₃PbX₃，X＝Cl、Br、I)自2009年用于光伏 领域并实现了3.8％的光电转化效率之后，凭借其超长的载流子传输距离、长的载流子寿命、 高的载流子迁移率、宽光谱范围内强的光学吸收、直接的带隙以及较低的成本，迅速得到了 研究者们广泛地关注。仅仅五年时间，在光伏领域，使用该材料制备的太阳能电池的光电转 化效率就一跃超过了20％。钙钛矿太阳能电池具有光电转换效率高、结构简单和材料成本低 的优势，使得它比其它太阳能电池技术更具竞争力。随着研究的不断深入，该类材料在发光 和显示、激光、非线性、高能射线探测、储能等领域也凸显出广阔的应用潜力。

在应用过程中，甲胺卤化铅酸盐化合物的二维材料是目前使用的主要形式。现有的甲胺 卤化铅酸盐化合物二维材料大致有两种：通过液相方法、气相方法或混合方法制备的多晶薄 膜材料与自下而上方法制备的纳米微片材料。前者存在着大量的晶界、中间体和孔洞等缺陷， 产生高密度的电荷缺陷进而导致电荷复合量增加，同时，晶体结构、形貌及粒径尺寸都对载 流子的注入与传导具有重大影响，进而影响所制备太阳能电池器件的光电转化效率；后者由 于二维尺寸太小且多存在于液相中或团聚在一起不易分离，对于器件的制备及性能的提高实 际意义不大。另一方面，虽然大尺寸的单晶已经生长出来，但是其质量还有待提高，并且其 机械性能差，硬度小，脆性大，难以加工成厚度较小的薄片，从而无法实现自上而下的单晶 薄片相关器件的制备。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种甲胺卤化铅酸盐化合物大尺寸单晶微米薄片的生 长方法及生长装置。

术语说明：

甲胺卤化铅酸盐化合物：通式为CH₃NH₃PbX₃(X＝Cl、Br、I)，是一类有机-无机复合钙 钛矿结构材料，由PbX₆共顶连接构成八面体结构网络，CH₃NH₃⁺填隙于八面体间平衡 总电荷。

限制性异质外延法：是在与外延材料不同材质的衬底上生长外延层，且在垂直衬底平面 的方向上限制外延层生长使其向另外二维方向扩展生长的方法。

本发明的技术方案如下：

一种甲胺卤化铅酸盐化合物单晶微米薄片的生长方法，包括步骤如下：

(1)将CH₃NH₃PbX₃(X＝Cl、Br、I)的极性有机溶液滴加到衬底上，随即压上与衬 底相同材质的盖片，贴合后使溶液在衬底上铺展，得到生长体；

(2)将生长体置于密封容器中，于40～70℃温度下，真空或惰性气氛中，生长3～20天， 即得甲胺卤化铅酸盐化合物单晶微米薄片。

根据本发明，步骤(1)中，优选的，CH₃NH₃PbX₃的极性有机溶液的浓度为 0.01～0.13mol/100mL；

优选的，CH₃NH₃PbX₃的极性有机溶液中，极性有机溶剂为DMF(N,N-二甲基甲酰胺)、 DMSO(二甲基亚砜)或THF(四氢呋喃)；

优选的，所述的衬底为玻璃、石英、硅片、PET(聚对苯二甲酸乙二酯)或FTO玻璃；

优选的，对衬底表面进行氨基化或甲基化；进一步优选的，氨基化的步骤为：用3-氨基

丙基三乙氧硅烷和无水乙醇按体积比为1:15的混合液浸泡反应使表面氨基化；甲基化的 步骤为：用三氯乙烯清洗后浸入三氯乙烯与二氯二甲基硅烷按体积比为20:3的混合液中反 应5min；

优选的，CH₃NH₃PbX₃的极性有机溶液按如下方法制得：