[发明专利]一种钙钛矿单晶的制备方法以及光电器件

说明书

本发明提供了一种钙钛矿单晶的制备方法以及光电器件。该制备方法包括：在基底上制备获得由多个间隔开布置的微沟道组成的微沟道阵列；加热基底；将钙钛矿前驱体溶液施加到微沟道阵列中；在施加有钙钛矿前驱体溶液的基底上贴附软体刀片，并使软体刀片的底面至少能够完全覆盖微沟道阵列；控制软体刀片以预设速度从微沟道阵列的一端朝向另一端移动，以逐渐暴露出微沟道阵列，从而使得微沟道阵列内的钙钛矿前驱体溶液在软体刀片的头部结晶，并在微沟道阵列完全暴露出时结晶形成钙钛矿单晶阵列。本发明方案可以制备出大面积的钙钛矿单晶，并且可以根据需要设计微沟道阵列中微沟道的深度，进而可以控制该钙钛矿单晶的厚度。

技术领域

本发明涉及光伏器件技术领域，尤其涉及一种钙钛矿单晶的制备方法以及光电器件。

背景技术

有机-无机杂化钙钛矿由于其独特的晶体结构和优异的光电性质受到了广泛的关注，被誉为光伏器件领域的杰出材料。与多晶薄膜相比，具有低缺陷浓度的高质量有机-无机杂化钙钛矿单晶具有更优异的光电性能和稳定性。近年来，对其在各种光电器件中的应用进行了广泛的研究，例如激光器、光电探测器、太阳能电池、光电晶体管和发光二极管。这些报道中大多数基于有机-无机杂化钙钛矿单晶的设备都表现出优于多晶设备的性能指标。因此，高质量的有机-无机杂化钙钛矿单晶具有突破当前钙钛矿光电器件性能的巨大潜力。

为了满足实际器件应用的需要，大面积有机-无机杂化钙钛矿(OIHP)单晶的生长近年来受到了广泛关注。几种基于溶液的技术，包括溶液降温结晶(STL)、反溶剂蒸气辅助结晶(AVC)、逆温结晶(ITC)及其改进方法已开发用于生长有机-无机杂化钙钛矿单晶的方法。虽然这些方法可以成功地生长出尺寸较大、质量较高的有机-无机杂化钙钛矿单晶，但要获得横向尺寸较大的钙钛矿晶体，通常需要耗时几天，且生长的出的晶体大多为厚度较厚的块状晶体，大于钙钛矿晶体中的激子扩散长度，阻碍了其在光电器件的应用。

为了有效控制晶体的厚度，通过将钙钛矿溶液限制在具有微米级间隙的两个基板之间的空间限制生长技术已被广泛采用。在垂直方向的几何约束下，OIHP晶体沿面内方向的横向生长可以显著增强，从而获得厚度为几微米甚至几百纳米的薄OIHP晶体。尽管如此，目前报道的空间限制生长方法获得的OIHP晶体的横向尺寸通常小于1mm，不足以用于大规模光电器件应用。主要障碍之一是,当间隙缩小到微米级时,前驱体溶液的运输将非常缓慢和紊乱，导致溶质不能持续补充到晶体生长位置,限制了晶体的横向尺寸。此外，空间限制生长方法中的晶体生长速度非常有限，很难转移到当前的高通量溶液沉积技术中。所有这些方面都给具有可控厚度的OIHP单晶的可扩展生长带来了巨大挑战，而这对于它们在集成电子和光电系统中的实用性至关重要。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种能够制备出厚度可控的且大面积的钙钛矿单晶的制备方法。

本发明的一个进一步地目的在于提高钙钛矿单晶的晶体质量。

本发明的另一个目的在于提供一种光电器件。

特别地，本发明提供了一种钙钛矿单晶的制备方法，包括如下步骤：

在基底上制备获得由多个间隔开布置的微沟道组成的微沟道阵列；

加热所述基底；

将钙钛矿前驱体溶液施加到所述微沟道阵列中；

在施加有所述钙钛矿前驱体溶液的基底上贴附软体刀片，并使所述软体刀片的底面至少能够完全覆盖所述微沟道阵列；

控制所述软体刀片以预设速度从所述微沟道阵列的一端朝向另一端移动，以逐渐暴露出所述微沟道阵列，从而使得所述微沟道阵列内的所述钙钛矿前驱体溶液在所述软体刀片的头部结晶，并在所述微沟道阵列完全暴露出时结晶形成钙钛矿单晶阵列。

可选地，所述控制所述软体刀片以预设速度从所述微沟道阵列的一端朝向另一端移动，以逐渐暴露出所述微沟道阵列的步骤中，所述预设速度接近或等于所述钙钛矿单晶结晶的速度。