一种离子扩散诱导多界面修复的卤化物钙钛矿多晶厚膜及其制备方法

本发明属于钙钛矿材料制备领域，具体涉及一种离子扩散诱导多界面修复的卤化物钙钛矿多晶厚膜及其制备方法。

背景技术：

1、x射线探测在医疗成像、工业检测等多领域有着重要应用。根据工作原理的不同，可以将x射线探测器分为间接型和直接型两种。间接型x射线探测器主要利用闪烁体将x光转化为可见光，再将光信号转化为电信号，但该过程发生的光串扰和光散射问题严重影响成像质量。而直接型x射线探测器采用一步法，将x射线直接转化为电信号，避免以上问题，通常具有更高的能量分辨率和更低的噪声水平。与传统x射线探测材料(α-se、非晶硅等)相比，有机-无机金属卤化物杂化钙钛矿已经被证明是直接型x射线探测领域有前途的材料。主要由于它具有诸多优点，比如高x射线吸收系数、带隙可调节、载流子迁移率寿命乘积大等。有机-无机金属卤化物杂化钙钛矿可以制备成单晶或多晶膜，目前已经有很多文献报道过。(nat.photonics.2023,17,510–517；adv.funct.mater.2022,202110729)单晶缺陷少，体电阻率高，暗电流小，但尺寸有限，并且对生长环境要求极高，很难实现实际应用。与之相比，多晶膜制备工艺简单、成本低，但由于其结晶方式的特点，多晶膜中存在着较多晶界和缺陷。这些晶界和缺陷会影响电荷在材料内部的传输效率，导致电荷收集效率较低，同时也会增加暗电流的产生。因此，尽管钙钛矿多晶膜具有制备简单、成本低的优势，但其晶界多、缺陷多的特点也使得其在直接式x射线探测领域面临着一定的挑战。

技术实现思路

1、基于现有技术存在的问题，本发明提供了一种离子扩散诱导多界面修复的卤化物钙钛矿多晶厚膜及其制备方法，通过离子扩散促进晶粒融合，提升膜的整体致密性。并且两层之间形成元素梯度，有利于电荷传输，提高电荷收集效率。此外，由于两层带隙不同，形成异质结，有效降低了器件的暗电流、增大开关比。助力低缺陷、高灵敏的直接型x射线平板探测器的发展。

2、实现本发明目的的技术解决方案是：一种离子扩散诱导多界面修复的卤化物钙钛矿多晶厚膜及其制备方法，包括以下步骤：

3、(1)取mapbi3粉末和γ-戊内酯在研钵中混合研磨形成黑色有机-无机杂化钙钛矿过饱和浆料；

4、(2)将步骤(1)中制备好的黑色有机-无机杂化钙钛矿过饱和浆料均匀地涂布于ito导电玻璃上，形成mapbi3湿膜；

5、(3)将步骤(2)中涂布好的mapbi3湿膜转移至加热台上，退火处理至溶剂完全挥发，得到mapbi3厚膜；

6、(4)取mapb(i0.2br0.8)3粉末与溶剂在研钵中混合研磨，形成红色有机-无机杂化钙钛矿过饱和浆料；

7、(5)将步骤(4)中配制好的有机-无机杂化钙钛矿红色过饱和浆料置于空白ito玻璃表面，再将其均匀地涂布于步骤(3)所得到mapbi3厚膜表面，形成mapbi3/mapb(i0.2br0.8)3湿膜；

8、(6)将步骤(5)中得到的mapbi3/mapb(i0.2br0.8)3湿膜移至加热台上，退火处理至溶剂完全挥发，得到具有浓度梯度的mapbi3/mapb(i0.2br0.8)3叠层异质结厚膜。

9、较佳的，步骤(1)，有机-无机杂化钙钛矿过饱和黑色浆料浓度为10mol/l。

10、较佳的，步骤(3)，90℃下退火3小时至溶剂完全挥发。

11、较佳的，步骤(4)，溶剂选自gvl和2-me中任意一种或两种，gvl和2-me的体积比例优选2:1。

12、较佳的，步骤(4)，有机-无机杂化钙钛矿过饱和红色浆料浓度为5mol/l。

13、较佳的，步骤(4)，90℃下退火2小时至溶剂完全挥发。

14、较佳的，mapbi3和mapb(i0.2br0.8)3膜的厚度均为400μm。

15、较佳的，步骤(3)和步骤(5)中，涂布速率为20mm/s。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

17、其一，通过上层元素扩散，实现mapbi3/mapb(i0.2br0.8)3叠层异质结厚膜表面、底面以及内部晶粒的全方位融合。与原有的单层mapbi3膜相比，所获得的膜整体更加致密。

18、其二，上层元素发生扩散，形成浓度梯度，从而促进载流子在材料内部的定向传输，使得载流子沿着浓度梯度方向移动，从而有利于将载流子有序地收集起来，减少其在材料中的散射和复合损失，提高载流子的有效传输和收集效率。

19、其三，制备的mapbi3/mapb(i0.2br0.8)3厚膜由于两层之间带隙不同形成异质结结构。异质结结构不仅可以减少电荷载流子的非受控扩散，降低暗电流。还可使器件在外加电压作用下，导通和截止状态之间的电流比值较大，即开关比增大。

技术特征：

1.一种离子扩散诱导多界面修复的卤化物钙钛矿多晶厚膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1），有机-无机杂化钙钛矿过饱和黑色浆料浓度为10 mol/l。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3），90 ℃下退火3小时至溶剂完全挥发。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4），溶剂选自gvl和2-me中任意一种或两种，gvl和2-me的体积比例优选2:1。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4），有机-无机杂化钙钛矿过饱和红色浆料浓度为5 mol/l。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4），90 ℃下退火2小时至溶剂完全挥发。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，mapbi3和mapb(i0.2br0.8)3膜的厚度均为400μm。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）和步骤（5）中，涂布速率为20 mm/s。

9.如权利要求1-8任一所述的方法制备的离子扩散诱导多界面修复的卤化物钙钛矿多晶厚膜。

10.一种用于x射线探测的器件，其特征在于，其包含权利要求1-8任一所述的方法制备的离子扩散诱导多界面修复的卤化物钙钛矿多晶厚膜。

技术总结本发明公开了一种离子扩散诱导多界面修复的卤化物钙钛矿多晶厚膜及其制备方法。其步骤为：将MAPbI<subgt;3</subgt;与γ‑戊内酯形成过饱和浆料，并刮涂在ITO玻璃上，退火至溶剂完全挥发，形成单层MAPbI<subgt;3</subgt;厚膜；再将MAPb(I<subgt;0.2</subgt;Br<subgt;0.8</subgt;)<subgt;3</subgt;与溶剂形成过饱和浆料，刮涂在单层MAPbI<subgt;3</subgt;上，退火至溶剂完全挥发，待上层溴离子完全向下扩散后，形成叠层MAPbI<subgt;3</subgt;/MAPb(I<subgt;0.2</subgt;Br<subgt;0.8</subgt;)<subgt;3</subgt;厚膜。本发明通过Br元素自上而下的扩散，促进晶粒融合，改善膜的致密性，并且形成元素梯度，促进电荷传输，提高电荷收集效率。此外，两层材料带隙不同，可以形成异质结结构，有效地降低了器件的暗电流，增大开关比。技术研发人员：李晓明,秦茜,柴英俊受保护的技术使用者：南京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/8/20