【客户案例精选】基于可回收溶解–重结晶法制备高稳定、高载流子通道的全无机钙钛矿薄膜

引言

       据报道，一种新型半导体纳米材料，即全无机卤化物钙钛矿纳米晶体（IPNC，CsPbX3，X = Cl，Br，I），具有高稳定性，超高光致发光量子产率（PL QY），可以实现在整个可见光波段发光。围绕钙钛矿材料的研究非常火热，但是研究大多集中在材料的制备以及其光学性能上。众所周知，随着材料尺寸减小，纳米材料具有更大的比表面积，而比表面积Z终在纳米材料的物理化学特性（包括发光特性，载流子运输和催化特性等）中起着主导作用。表面活性剂是一种在IPNC合成过程中必不可少的添加剂，它有助于提高分散稳定性并控制生长动力，有利于器件制备；但同时也会影响成膜过程并阻碍颗粒之间的载流子传输，其影响在一定程度上甚至决定了IPNC的物理化学特性。

研究成果

       南京理工大学曾海波教授课题组报道了一种有趣的全无机钙钛矿表面化学现象，即可循环的溶解－重结晶，通过室温（RT）下的自我修复，为光电设备构建紧凑而平滑的载流子通道。

       首先，根据溶解度平衡原理，通过用极性溶剂洗涤或在室温下借助表面活性剂搅拌，将CsPbBr3晶体尺寸可逆地调整在10 nm–1 µm的范围内。然后在薄膜内形成液体环境，这种液体环境可以将表面和尖锐部分的物质输送到缝隙中并在RT下自我修复，从而来提高薄膜质量。该方法可产生大面积，无裂纹，低粗糙度的钙钛矿薄膜。测试显示相应PD的性能得到大幅提升，从而证明了该方法促进了器件通道中载流子的运输和提取。

       经过处理的钙钛矿薄膜的光电探测器（PD）表现出更高的响应度，更快的响应速度（上升和衰减时间分别为1ms、1.8 ms），同时稳定性也更好。

       在10V的偏压下，基于经过处理的CsPbBr3薄膜的PD的响应度从0.024A/W提高到0.176A /W，增加了七倍以上。同时在不同偏压下测试了EQE，验证光生载流子利用效率。随着施加偏压的增加，在531 nm处的Z大EQE值也随之增加，在10 V时达到41％；该值比未处理器件的EQE值高得多。这种大约七倍的增加与响应性结果一致，表明光生载流子的损失减少。

     （基于未经处理和经过处理的CsPbBr3薄膜的PD在不同偏压下的EQE光谱）该论文采用卓立汉光DSR探测器光谱响应度测试系统测试了PD的EQE光谱。

结论

       本文中，曾海波教授课题组报道了一种室温可回收的、微观自愈行为的卤化物钙钛矿材料，由于表面活性剂和极性溶剂的影响，材料可形成循环的溶解－重结晶过程，这种制备方法应用到不同类型的钙钛矿制备工艺里。该方法在甲苯与乙醇的混合溶液室温环境下进行，紧凑光滑载体可以形成器件通道，从而提GX率光生载流子的传输和提取速度。因此，经过处理的钙钛矿材料展现出优良的性能，如高响应度、EQE、响应速度和稳定性等。通过本文的研究，可以为科学工作者提供简单易行的方案制备各种无机卤化物钙钛矿装置，尤其是为氟化硅器件提供理论和实验依据。

文章信息

       这一成果近期发表在Advanced Functional Materials上，该文章是由南京理工大学曾海波课题组完成。论文查看二维码：

       本研究采用的是北京卓立汉光仪器有限公司研究级DSR100系列探测器光谱响应度标定系统，如需了解该产品，请咨询我司。