[发明专利]一种大面积钙钛矿微晶薄膜的制备方法及X射线探测器

说明书

本发明涉及一种大面积钙钛矿微晶薄膜的制备方法及X射线探测器。所述方法为：1)首先采用刮涂法将多晶钙钛矿前驱体溶液涂覆在空穴传输材料修饰的导电基底上，退火处理得到纳米厚度的大面积钙钛矿多晶薄膜；2)结合反温度结晶法，将步骤1)得到的钙钛矿多晶薄膜作为生长模板引入到钙钛矿饱和生长溶液中诱导大面积微晶薄膜的生长，多晶薄膜的尺寸决定了微晶薄膜的尺寸；3)采用等静压热压工艺对微晶薄膜表面进行平整化处理。能够克服传统体块钙钛矿单晶纵向厚度过大、横向尺寸受限，以及多晶钙钛矿薄膜晶粒尺寸小、缺陷密度大等问题，显著提升了器件对X射线探测的灵敏度。

技术领域

本发明属于X射线探测技术领域，具体涉及一种大面积钙钛矿微晶薄膜的制备方法及X射线探测器。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现 有技术。

X射线探测器是一类接收X射线并将其转化为电信号的装置，可实现对生物体、 金属等样品内部细微结构的准确探测。金属卤化物钙钛矿材料由于其高的射线吸收效 率、大的载流子寿命乘积、较高的电阻率以及良好的辐射损伤耐受性等优势而成为一 种很有前途的X射线直接探测材料。

目前，常规的旋涂法制备的大面积钙钛矿多晶薄膜由大量的纳米级晶粒组成，最大厚度只有几个微米，此厚度无法保证薄膜对X射线的有效衰减。同时晶粒之间大量 晶界的存在导致薄膜缺陷密度增加，使得器件工作时载流子的传输受到限制，进一步 降低X射线探测器的灵敏度。另一方面，单晶钙钛矿有着比多晶钙钛矿更加优异的光 电性质，基于多种组分生长的高质量钙钛矿单晶制备的X射线探测器，其灵敏度及最 低检测限等参数不断取得突破。但生长体积较大的体块钙钛矿单晶仍然很困难，更不 用说将它们可控地集成到导电基底上。同时体块单晶的厚度使得载流子需要在较大偏 压下才能被两端电极收集，较大的偏压会导致X射线探测器件中的离子迁移加重。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种致密平整、基底集成的大面积钙钛矿微晶薄膜的制备方法及X射线探测器。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

第一方面，一种大面积钙钛矿微晶薄膜的制备方法，所述方法为：

1)首先采用刮涂法将多晶钙钛矿前驱体溶液涂覆在空穴传输材料修饰的导电基底上，退火处理得到纳米厚度的大面积钙钛矿多晶薄膜；

2)结合反温度结晶法，将步骤1)得到的钙钛矿多晶薄膜作为生长模板引入到钙钛矿饱和生长溶液中诱导大面积微晶薄膜的生长，多晶薄膜的尺寸决定了微晶薄膜的 尺寸；

3)采用等静压热压工艺对微晶薄膜表面进行平整化处理。

本发明的制备方法能够克服传统体块钙钛矿单晶纵向厚度过大、横向尺寸受限，以及钙钛矿多晶薄膜晶粒尺寸小、缺陷密度大等问题。

本发明的制备方法，通过步骤1)得到大面积的钙钛矿多晶薄膜，然后以多晶薄 膜作为生长模板引入到钙钛矿饱和溶液中诱导大面积微晶薄膜的生长。钙钛矿微晶兼 具体块单晶优异的性质和多晶易于大面积基底集成的优势，能够解决体块单晶与基底 大面积集成、厚度调控方面存在的问题。并且基于钙钛矿微晶薄膜的X射线探测器成 功实现了在0V偏压下的优异X射线响应，进一步解决了基于钙钛矿材料的X射线 探测器在较大偏压下导致的离子迁移和信号漂移问题。

在本发明的一些实施方式中，多晶钙钛矿前驱体组分为MAPbI₃、FA_xMA_1-xPbI₃、MAPbBr₃或FAPbBr₃中的一种或几种。进一步，溶剂为DMF(N,N-二甲基甲酰胺) 或GBL(γ-丁内酯)。比如配置MAI/PbI₂或MABr/PbBr₂的DMF溶液。