[发明专利]一种钙钛矿异质结及其制备方法

说明书

本发明涉及光电器件技术领域，尤其是涉及一种钙钛矿异质结及其制备方法，该钙钛矿异质结包括窄带隙钙钛矿单晶和宽带隙钙钛矿单晶，且宽带隙钙钛矿单晶负载在窄带隙钙钛矿单晶的表面；其中，窄带隙钙钛矿单晶材料的带隙为2.21eV‑2.34eV，宽带隙钙钛矿单晶材料的带隙为2.91eV‑3.29eV。本发明的钙钛矿异质结结构为宽带隙钙钛矿单晶包裹窄带隙钙钛矿单晶，因外层钙钛矿的带隙较宽，其吸光波长范围相比于内层窄带隙钙钛矿更窄，因此仅需选择合适波段的激光激发，便能避免外层钙钛矿信息的干扰而直接获取内层钙钛矿信息。同时，因外层钙钛矿可以起到保护内层钙钛矿的作用，可在一定程度上钝化内部钙钛矿的表面缺陷并隔绝工作环境中水蒸气及氧气的影响。

技术领域

本发明涉及光电器件技术领域，尤其是涉及一种钙钛矿异质结及其制备方法。

背景技术

钙钛矿材料因具有载流子迁移率高、载流子寿命长、吸收系数高等优点，引起了科学工作者和企业界的广泛关注，并掀起了研究热潮。目前，钙钛矿材料，已被广泛应用于太阳能电池、发光二极管、光电探测器以及场效应晶体管等光电领域。

钙钛矿材料的缺陷是影响钙钛矿器件的关键因素，因此，钝化钙钛矿材料对于提高钙钛矿器件性能有重要意义。钙钛矿材料的缺陷可以分为材料内部的点缺陷、晶界缺陷以及材料表面的表面缺陷。钙钛矿材料内部缺陷易受制备方法、环境湿度、生长温度等因素的影响，通过调节这些参数，可以有效控制材料内的点缺陷。相对于多晶钙钛矿薄膜材料，单晶型钙钛矿材料可以消除晶界缺陷，提高器件性能，因此发展单晶型钙钛矿器件是当前的发展趋势。对于钙钛矿单晶材料，表面缺陷是影响器件的关键因素之一，此外，这些单晶材料暴露在空气中容易受氧气、水蒸气、光照的影响而发生降解，进而影响到器件的性能。因此钝化单晶的表面缺陷与隔绝氧气、水蒸气的影响是提升钙钛矿器件光电性能的有效途径。

在窄带隙半导体表面生长一种宽带隙的半导体，形成第一类型能带排列的“核-壳”结构是钝化半导体材料表面缺陷的重要途径。对于钙钛矿单晶材料，在其表面再生长一层异种钙钛矿，如果内部钙钛矿与外围钙钛矿外壳的晶格结构相近，可以一定程度上钝化内侧钙钛矿的表面缺陷；与此同时外围钙钛矿外壳相当于一个保护层，能隔绝水氧的影响。但是，目前，基于“核-壳”结构的钙钛矿钝化方案还较为缺乏。

鉴于此，本发明提出了一种新型的钙钛矿异质结结构，其主要结构为宽带隙钙钛矿包裹窄带隙钙钛矿。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钙钛矿异质结及其制备方法，该钙钛矿异质结结构能够有效的抑制环境因素对内层晶体表面的降解，同时能一定程度钝化内层晶体的表面缺陷，进而提升其晶体性能。

第一方面，本发明提供一种钙钛矿异质结，包括窄带隙钙钛矿单晶和宽带隙钙钛矿单晶，且所述宽带隙钙钛矿单晶负载在所述窄带隙钙钛矿单晶的表面；其中，所述窄带隙钙钛矿单晶材料的带隙为2.21eV-2.34eV，其对应荧光峰位为560nm-530nm，所述宽带隙钙钛矿单晶材料的带隙为2.91eV-3.29eV，其对应荧光峰位为405nm-375nm。

由于钙钛矿单晶表面常受制备方法或是工作环境的影响出现各种缺陷，如空位缺陷、参杂缺陷等结构点缺陷，并且在工作时也会持续受到工作环境中的氧气、水蒸气、光照的影响而发生结构降解，进而影响到器件性能。因此，亟需开发一种能够维持钙钛矿单晶表面质量，钝化单晶的表面缺陷与隔绝氧气、水蒸气的影响的钙钛矿异质结结构。

本发明的钙钛矿异质结结构为宽带隙钙钛矿单晶包裹窄带隙钙钛矿单晶的钙钛矿异质结，外层的钙钛矿带隙较宽，内层的钙钛矿带隙较窄，因此，相比于内层钙钛矿，外层钙钛矿的吸收波长范围比内层钙钛矿更窄，仅需选择合适波段的激光激发，便能避免外层钙钛矿信息的干扰而直接获取内层钙钛矿的信息。因此，本发明的钙钛矿异质结结构不仅能够维持钙钛矿单晶表面质量，钝化单晶的表面缺陷，而且能够有效隔绝氧气、水蒸气的影响，显著提高了其晶体性能。