CN110265553B - 一种基于可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线及其制备方法和应用 - Google Patents

一种基于可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN110265553B
CN110265553B CN201910567449.9A CN201910567449A CN110265553B CN 110265553 B CN110265553 B CN 110265553B CN 201910567449 A CN201910567449 A CN 201910567449A CN 110265553 B CN110265553 B CN 110265553B
Authority
CN
China
Prior art keywords
mapbi
interface
nanowire
nanowires
reticular
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910567449.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110265553A (zh
Inventor
王浩
吴定军
周海
张军
马国坤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hubei University
Original Assignee
Hubei University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hubei University filed Critical Hubei University
Priority to CN201910567449.9A priority Critical patent/CN110265553B/zh
Publication of CN110265553A publication Critical patent/CN110265553A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110265553B publication Critical patent/CN110265553B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/30—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising bulk heterojunctions, e.g. interpenetrating networks of donor and acceptor material domains
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/10—Deposition of organic active material
    • H10K71/12—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线及其制备方法和在光电探测器中的应用。所述MAPbI3网状纳米线是利用可控微界面消除法处理得到的。本发明方法有效地消除了MAPbI3网状纳米线中的微界面，实现了高性能和高稳定性的MAPbI3网状纳米线光电探测器的制备，制得的探测器响应度、探测度、响应时间、以及线性检测范围等性能参数与基于MAPbI3单根纳米线或者MAPbI3纳米线阵列所制备的光电探测器的性能相近，在某些方面还要更优。另外，本发明制备过程简单易重复，制备成本低廉，适合大面积大规模工业化生产，为钙钛矿光电器件的商业化发展提供了强大的动力。

Description

一种基于可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线及其制 备方法和应用
技术领域
本发明属于钙钛矿结构有机-无机金属卤化物纳米材料制备及在光电器件方面的应用，具体涉及一种基于可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线及其制备方法和在光电探测器中的应用。
背景技术
光电探测器作为现代半导体产业中的一种重要光电器件，在国民生活和军事应用的各个领域具有极其广泛的用途。传统的光电探测器多基于Si、Ge以及InGaAs等无机半导体材料所制备，存在制备工艺极其复杂、制备成本高、不易于普适化应用以及不利于柔性可穿戴应用等问题。甲胺铅碘钙钛矿(MAPbI3)，作为近年来在半导体光电器件领域兴起的一种新型光电材料，具有制备工艺极其简单、制备成本低以及卓越的光电特性等优点，基于MAPbI3材料所制备的新型光电探测器有着广泛的报道。已经报道的新型MAPbI3光电探测器多基于其多晶薄膜所制备，存在晶界多、缺陷多、载流子寿命短以及器件性能较低等问题。相比于MAPbI3多晶薄膜，MAPbI3纳米线由于具有独特的一维形貌和良好的晶体结构，使得其具有更少的晶界、更低的缺陷密度和更长的载流子寿命。因此，基于MAPbI3纳米线所制备的光电探测器具有更高的量子效率、更高的器件性能以及更为广泛的应用前景。
目前，已经报道的高性能MAPbI3纳米线光电探测器多基于单根纳米线或纳米线阵列所制备，存在开关比较小、制备工艺复杂且成本高、可重复性差以及不利于柔性可穿戴应用等问题。相比于MAPbI3单根纳米线或MAPbI3纳米线阵列，MAPbI3网状纳米线简单的制备工艺使得其可以被大面积制作、缩放以及有利于柔性可穿戴应用。因此，基于MAPbI3网状纳米线所制备的光电探测器具有更为广泛的应用前景。然而，已经报道的基于两步旋涂法所制备的MAPbI3网状纳米线光电探测器的性能与先前报道的基于 MAPbI3单根纳米线或者MAPbI3纳米线阵列所制备的高性能光电探测器相比还有很明显的差距，造成器件性能差距的原因主要是由于在MAPbI3网状纳米线中，纳米线与纳米线在其接触的地方形成了微界面。微界面的存在严重阻碍了光生载流子的径向传输，导致器件的性能较差。更重要的是，由于微界面的存在，空气中的水氧分子容易在此处聚集并侵蚀MAPbI3网状纳米线，导致器件的稳定性较低。此外，由于微界面的存在，基于MAPbI3网状纳米线所制备的柔性光电探测器在进行柔韧性测试时，MAPbI3网状纳米线会发生断裂，导致器件的性能发生衰减，使得器件的柔韧性较低，严重限制了 MAPbI3网状纳米线柔性光电探测器在柔性可穿戴领域的应用。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线及其制备方法和在光电探测器中的应用。本发明通过采用一种可控微界面消除法(CME)有效地消除了MAPbI3网状纳米线中的微界面，使得MAPbI3网状纳米线的结晶性提高，成功制备了高性能和高稳定性的MAPbI3网状纳米线光电探测器。
为了实现本发明上述其中一个目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将基底清洗、吹干、用紫外-臭氧处理；
(2)配制钙钛矿前驱体溶液，然后采用两步旋涂法在所述基底表面形成MAPbI3网状纳米线；
(3)利用可控微界面消除法处理MAPbI3网状纳米线：用玻璃片覆盖所述MAPbI3网状纳米线后置于压力装置中，设置压力装置的处理压力为2.7MPa～13.9MPa，再将所述压力装置在80～120℃条件下热处理10～120min，得到可控微界面消除法处理的 MAPbI3网状纳米线。
进一步地，上述技术方案，步骤(2)所述MAPbI3网状纳米线的具体制备方法如下：室温下，在基底表面依次将碘化铅的DMF前驱体溶液在低转速(≤3000r/min)条件下旋涂铺展均匀、高转速(≤6000r/min)条件下旋涂成膜，然后进行一次退火处理，获得PbI2薄膜；再将带有微量DMF的MAI与IPA混合溶液在中转速条件下(≤4000 r/min)旋涂到所述PbI2薄膜表面后反应40～60s，最后进行二次退火处理，获得所述 MAPbI3网状纳米线。
优选地，上述技术方案，所述碘化铅的DMF前驱体溶液在低转速、高转速条件下的旋涂时间均为1～10s；所述带有微量DMF的MAI与IPA混合溶液的旋涂时间为10～ 30s。
优选地，上述技术方案，所述一次退火处理的温度为60～80℃，退火时间为5～15min。
优选地，上述技术方案，所述二次退火处理的温度为90～110℃，退火时间为5～15min。
本发明的第二个目的在于提供上述所述方法制备得到的MAPbI3网状纳米线。
本发明的第三个目的在于提供上述所述方法制备得到的MAPbI3网状纳米线在光电探测器中的应用。
一种高性能和高稳定性的MAPbI3网状纳米线光电探测器，所述光电探测器从下至上依次包括：透明基底，光电转换层，电极；所述光电转换层材料为上述所述方法制得的MAPbI3网状纳米线。
进一步地，上述技术方案，所述光电转换层的厚度为100～300nm。
进一步地，上述技术方案，所述电极的厚度为50～100nm。
进一步地，上述技术方案，所述基底的厚度为0.1～2mm，所述基底的厚度较优选为2mm或0.18mm。
进一步地，上述技术方案，所述基底的形状优选为方形，边长为0.5～2cm。
进一步地，上述技术方案，所述电极优选为叉指电极，所述叉指电极的沟道宽度为50～100μm。
进一步地，上述技术方案，所述透明基底可以为硬质透明基底或柔性透明基底；其中：所述硬质透明基底可以为玻璃片、硅片或石英片等中的任一种；所述柔性衬底材料可以为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亚胺(PI)、聚丙烯己二脂(PPA)、聚氯乙烯(PVC)、聚醚酰亚胺(PEI)或聚二甲基硅氧烷(PDMS) 等中的任一种。
进一步地，上述技术方案，所述电极材料可以为Au、Ag、Pt或Al中的任一种。
本发明的第四个目的在于提供上述所述高性能和高稳定性的MAPbI3网状纳米线光电探测器的制备方法，步骤如下：
(1)将基底清洗、吹干、用紫外-臭氧处理；
(2)配制钙钛矿前驱体溶液，然后采用两步旋涂法在所述基底表面形成MAPbI3网状纳米线；
(3)利用可控微界面消除法处理MAPbI3网状纳米线：用玻璃片覆盖所述MAPbI3网状纳米线后置于压力装置中，设置压力装置的处理压力为2.7MPa～13.9MPa，再将所述压力装置在80～120℃条件下热处理10～120min，得到可控微界面消除法处理的 MAPbI3网状纳米线；
(4)在所述可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线表面制备金属电极。
与现有技术相比，本发明涉及的一种基于可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线及其制备方法和在光电探测器中的应用具有如下有益效果：
(1)本发明通过采用一种可控微界面消除法(CME)有效地消除了MAPbI3网状纳米线中的微界面，使得MAPbI3网状纳米线的结晶性提高，成功制备了高性能和高稳定性的MAPbI3网状纳米线光电探测器。本发明在玻璃基底上制备的MAPbI3网状纳米线光电探测器的响应度、探测度、响应时间以及线性检测范围达到了0.56A/W、4.16×1012 Jones、0.2/0.37ms和89dB，这些性能参数与基于MAPbI3单根纳米线或者MAPbI3纳米线阵列所制备的光电探测器的性能相近，在某些方面还要更优。更重要的是，MAPbI3网状纳米线光电探测器在高湿度(55％～65％)空气环境中存放30天以后，器件的光电性能仍然能够保持在初始值的80％以上。本发明在柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET) 基底上制备的MAPbI3网状纳米线光电探测器的开关比达到了2.2×103。此外，柔性 MAPbI3网状纳米线光电探测器在不同弯曲直径下弯曲250次以及在固定弯曲直径下弯曲1000次以后，光电性能无任何衰减。
(2)本发明原创性、开创性以及创新性的发明了一种简便、易重复以及成本低的可控微界面消除法有效地消除了MAPbI3网状纳米线中的微界面，实现了高性能和高稳定性的MAPbI3网状纳米线光电探测器的制备。
(3)本发明所构筑的高性能和高稳定性的MAPbI3网状纳米线光电探测器，其制备过程简单易重复，制备成本低廉，适合大面积大规模工业化生产，为钙钛矿光电器件的商业化发展提供了强大的动力。
(4)本发明为高性能和高稳定性的钙钛矿光电器件的制备提供了创新性的方法，并且为柔性钙钛矿光电器件的可穿戴应用提供了强有力的保障。
(5)本发明的制备过程简单，安全可靠，对环境无污染，是一种绿色环保节能的开创性技术。
附图说明
图1为本发明的MAPbI3网状纳米线光电探测器的结构示意图；
图2(a)、(b)、(c)、(d)分别为本发明采用的压力装置实物图、压力装置中不锈钢板上的孔洞示意图、压力装置的工作原理示意图、可控微界面消除的原理示意图；
图3为本发明可控微界面消除法处理MAPbI3网状纳米线的示意图；
图4为本发明实施例1、对比例1中玻璃片上制备的有无可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线的表面形貌图；
图5为本发明实施例1、对比例1中玻璃片上制备的有无可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线的XRD图；
图6为本发明应用实施例1、对比应用例1玻璃片上制备的有无可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线光电探测器的响应度和探测度图；
图7为本发明应用实施例1、对比应用例1玻璃片上制备的有无可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线光电探测器的响应时间图；
图8为本发明应用实施例1、对比应用例1玻璃片上制备的有无可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线光电探测器的线性检测范围图；
图9为本发明应用实施例1、对比应用例1玻璃片上制备的有无可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线光电探测器的光照稳定性图；
图10为本发明应用实施例1、对比应用例1玻璃片上制备的有无可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线光电探测器的存放稳定性图；
图11为本发明应用实施例2、对比应用例2柔性PET上制备的有无可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线的表面形貌对比图；
图12为本发明应用实施例2、对比应用例2柔性PET上制备的有无可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线光电探测器的开关比图；
图13为本发明应用实施例2、对比应用例2柔性PET上制备的有无可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线光电探测器弯曲后的稳定性图；
其中：各图中W/o CME代表无可控微界面消除法处理；With CME代表有可控微界面消除法处理。
具体实施方式
下面通过实施案例和附图对本发明作进一步详细说明。本实施案例在以本发明技术为前提下进行实施，现给出详细的实施方式和具体的操作过程来说明本发明具有创造性，但本发明的保护范围不限于以下的实施案例。
本发明下述实施例中涉及的压力装置的具体构造如图2(a)、(b)、(c)所示，压力装置由3块定制的带有4个孔洞的不锈钢板、4根模具弹簧、4支不锈钢全螺纹丝杆、8个带垫螺母以及4个不锈钢螺母所组成。其中，定制的不锈钢板的材质为304不锈钢，尺寸为11cm×11cm，厚度为1cm，4个孔洞的位置如图2(b)所示，孔洞的直径为9.5mm；模具弹簧的颜色为茶色，外径为22mm，内径为11.0mm，长度为70mm，极限压缩率为20％，极限压力为195kg；不锈钢全螺纹丝杆的颜色为西瓜红，直径为8 mm，螺距为1.25mm，长度为20cm；带垫螺母的颜色为黑色，材质为45#钢/淬火，螺纹牙距为8mm×1.25mm，螺母对边为14mm，螺母高度为12mm，法兰厚度为4mm，法兰直径为19.3mm；不锈钢螺母的材质为304不锈钢，内径为8mm，六角对边直径为13mm，厚度为6.5mm。
压力装置的工作原理：
如图2(c)所示，第一步，将MAPbI3网状纳米线置于1号不锈钢板的正中心位置；第二步，将玻璃片覆盖在MAPbI3网状纳米线的表面；第三步，然后将2号不锈钢板覆盖在玻璃片上；第四步，由于不锈钢板上的孔洞直径大于不锈钢全螺纹丝杆的直径，所以用活动扳手先后依次拧动3号不锈钢板上的4个带垫螺母，使得4个带垫螺母同步下降，4个带垫螺母下降带动3号不锈钢板下降，从而使得位于2号不锈钢板和3号不锈钢板之间的4根模具弹簧同时被压缩到相同的距离；注意，在这里，将4根模具弹簧被压缩的距离记为L mm，4根模具弹簧压缩后所产生的压力记为F N，则有F＝4×L mm×195 kg×10N/kg/(70mm×20％)，将MAPbI3网状纳米线样品的面积记为S m2，将作用在MAPbI3网状纳米线样品上的压强记为PMPa，则有P＝F N/S m2，因此，通过改变4根模具弹簧被压缩的距离，即可改变作用在MAPbI3网状纳米线样品上的压强；在本发明专利中，控制4根模具弹簧的压缩距离为2～10mm，使得作用在MAPbI3网状纳米线样品上的压强为2.7～13.9MPa。
本发明的压力装置进行可控微界面消除的原理如下：
卤化物钙钛矿材料具有软化特性，所谓软化特性是指卤化物钙钛矿材料在受到外界压力和热能作用时，会重新结晶并进行二次生长，使得其形貌发生变化。如图2(d) 所示，在本发明专利中，当MAPbI3网状纳米线受到压力和热能作用时，网状纳米线中线与线交叉接触所形成的微界面处的MAPbI3钙钛矿会重新结晶并进行二次生长，从而形成了一个整体，使得微界面消失，并且压力越大，越有利于MAPbI3钙钛矿的重结晶和二次生长，从而使得更多的微界面消失。因此，在本发明专利中，通过控制4根模具弹簧的压缩距离，即可控制施加在MAPbI3网状纳米线上的压力，从而实现MAPbI3网状纳米线中微界面的可控消除。
实施例1
本实施例的一种基于可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)清洗基底
选择厚度为2mm、边长为2cm的正方形的玻璃片为基底，用棉签蘸取无水乙醇将基底擦洗干净，再用去离子水冲洗，然后分别用去离子水、丙酮以及无水乙醇超声清洗各30分钟；
(2)紫外臭氧处理基底
将步骤1中清洗干净的基底用氮气吹干，然后放入紫外臭氧清洗仪(PSD-UV4) 中紫外臭氧处理30min，提高基底表面的粘附力；
(3)配制溶液
将1mmol的碘化铅(PbI2)溶解在1ml的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，在 70℃烤箱中恒温存放12h使之完全溶解，用孔径为0.22μm的过滤器过滤，备用；将 0.04mmol的碘甲胺(MAI)溶解在含有1ml DMF的10ml异丙醇(IPA)中，在常温下搅拌30min使之完全溶解，备用；
(4)制备无可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线
采用两步旋涂法制备无可控界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线；第一步，将步骤2中紫外臭氧处理后的基底放置在旋涂仪的吸盘上，用移液枪吸取90μl的 PbI2/DMF溶液滴涂在基底上放置10s，采用3000r/min和6000r/min的转速分别旋涂 5s，在70℃热台上退火10min，制备好了PbI2薄膜；第二步，将沉积好PbI2薄膜的基底放置在旋涂仪的吸盘上，用移液枪吸取200μl的MAI/IPA/DMF溶液滴涂到PbI2薄膜上反应50s，采用4000r/min的转速旋涂20s，在100℃热台上退火10min，制备好了无可控界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线；
(5)制备有可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线
重复步骤4在基底上制备好MAPbI3网状纳米线之后，将玻璃片覆盖在MAPbI3网状纳米线的表面，将覆盖着玻璃片的MAPbI3网状纳米线放置在原创的压力装置中；原创的压力装置如图2(a)所示，使用四个精密弹簧来产生压力，压力的大小通过测量弹簧的压缩来确定；设置处理压力为2.7MPa～13.9MPa；将装有覆盖着玻璃片的 MAPbI3网状纳米线并设置好压力后的压力装置放在100℃的烤箱中；设置处理时间为 60min；可控微界面消除法处理MAPbI3网状纳米线的示意图如图3所示；移去玻璃片，制备好了厚度为200nm有可控界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线。
实施例2
本实施例的一种基于可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)清洗基底
选择厚度为0.18mm、边长为2cm的正方形柔性PET薄膜为基底，用棉签蘸取无水乙醇将基底擦洗干净，再用去离子水冲洗，然后分别用去离子水、丙酮以及无水乙醇超声清洗各30分钟；
(2)紫外臭氧处理基底
将步骤1中清洗干净的基底用氮气吹干，然后放入紫外臭氧清洗仪(PSD-UV4) 中紫外臭氧处理30min，提高基底表面的粘附力；
(3)配制溶液
将1mmol的碘化铅(PbI2)溶解在1ml的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，在 70℃烤箱中恒温存放12h使之完全溶解，用孔径为0.22μm的过滤器过滤，备用；将 0.04mmol的碘甲胺(MAI)溶解在含有1ml DMF的10ml异丙醇(IPA)中，在常温下搅拌30min使之完全溶解，备用；
(4)制备无可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线
采用两步旋涂法制备无可控界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线；第一步，将步骤2中紫外臭氧处理后的基底放置在旋涂仪的吸盘上，用移液枪吸取90μl的 PbI2/DMF溶液滴涂在基底上放置10s，采用3000r/min和6000r/min的转速分别旋涂 2.5s，在70℃热台上退火10min，制备好了PbI2薄膜；第二步，将沉积好PbI2薄膜的基底放置在旋涂仪的吸盘上，用移液枪吸取200μl的MAI/IPA/DMF溶液滴涂到PbI2薄膜上反应50s，采用4000r/min的转速旋涂10s，在100℃热台上退火10min，制备好了无可控界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线；
(5)制备有可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线
重复步骤4在基底上制备好MAPbI3网状纳米线之后，将玻璃片覆盖在MAPbI3网状纳米线的表面，将覆盖着玻璃片的MAPbI3网状纳米线放置在原创的压力装置中；原创的压力装置如图2所示，使用四个精密弹簧来产生压力，压力的大小通过测量弹簧的压缩来确定；设置处理压力为2.7MPa～13.9MPa；将装有覆盖着玻璃片的MAPbI3网状纳米线并设置好压力后的压力装置放在100℃的烤箱中；设置处理时间为60min；热处理结束后，移去玻璃片，制备好了厚度为100nm有可控界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线。
对比例1
本对比例的无可控界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线的制备方法，与实施例 1的方法基本相同，区别仅在于：本对比例不包括可控微界面消除法处理MAPbI3网状纳米线的步骤(5)。
对比例2
本对比例的无可控界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线的制备方法，与实施例 2的方法基本相同，区别仅在于：本对比例不包括可控微界面消除法处理MAPbI3网状纳米线的步骤(5)。
应用实施例1
将实施例1制得的有可控界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线应用于光电探测器。
本应用实施例所构筑的高性能和高稳定性的MAPbI3网状纳米线光电探测器，其结构如图1所示，该探测器结构从下至上依次为：透明基底，光电转换层，电极；所述透明基底为玻璃片，厚度为2mm，其形状为正方形，边长为2cm；使用实施例1制备的有可控界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线作光电转换层，其厚度为200nm，其形状与基底相同；使用金(Au)作电极，其厚度为100nm，其形状为叉指，叉指的沟道宽度为100μm。
上述所述高性能和高稳定性的MAPbI3网状纳米线光电探测器，其制备方法包括以下步骤：
在基底上制备好有可控界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线之后，将沟道宽度为100μm的叉指电极掩模板盖在MAPbI3网状纳米线表面并置于真空镀膜机设备中；采用热蒸镀方式蒸镀Au电极，蒸镀速率为
Figure BDA0002110039350000091
蒸镀的Au电极的厚度为80nm；关闭真空镀膜机，取出叉指电极掩模板覆盖的MAPbI3网状纳米线；移去叉指电极掩模板，制备好了有可控界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线光电探测器；
至此，本应用实施例所构筑的高性能和高稳定性的MAPbI3网状纳米线光电探测器制备完成。
应用实施例2
将实施例2制得的有可控界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线应用于光电探测器。
本应用实施例所构筑的高性能和高稳定性的MAPbI3网状纳米线光电探测器，该探测器结构从下至上依次为：透明基底，光电转换层，电极；所述透明基底为PET薄膜，厚度为0.18mm，其形状为正方形，边长为2cm；使用实施例2制备的有可控界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线作光电转换层，其厚度为100nm，其形状与基底相同；使用金(Au)作电极，其厚度为50nm，其形状为叉指，叉指的沟道宽度为100μm。
上述所述高性能和高稳定性的MAPbI3网状纳米线光电探测器，其制备方法包括以下步骤：
在基底上制备好有可控界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线之后，将沟道宽度为100μm的叉指电极掩模板盖在MAPbI3网状纳米线表面并置于真空镀膜机设备中；采用热蒸镀方式蒸镀Au电极，蒸镀速率为
Figure BDA0002110039350000101
蒸镀的Au电极的厚度为50nm；关闭真空镀膜机，取出叉指电极掩模板覆盖的MAPbI3网状纳米线；移去叉指电极掩模板，制备好了有可控界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线光电探测器；
至此，本应用实施例所构筑的高性能和高稳定性的MAPbI3网状纳米线光电探测器制备完成。
对比应用例1
将对比例1制得的无可控界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线应用于光电探测器。其制备方法与应用实施例1基本相同，区别仅在于：本对比应用实施例是在无可控界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线表面制备叉指电极的。
对比应用例2
将对比例2制得的无可控界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线应用于光电探测器。其制备方法与应用实施例2基本相同，区别仅在于：本对比应用例是在无可控界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线表面制备叉指电极的。
本发明上述实施例1、对比例1、实施例2及对比例2所制备的有无可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线的微观形貌和晶体结构采用扫描电子显微镜(SEM， JSM7100F)和X射线衍射仪(XRD，D8FOCUS X-ray diffraction)表征；本发明中应用实施例1、应用实施例2、应用对比例1及应用对比例2所制备的有无可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线光电探测器的光电性能由半导体分析仪(Agilent Technologies B1500A)和示波器测试；测试所用的光源为473nm的激光，光源的光功率强度通过标准硅探测器测量并且采用中性密度的光学滤波片进行调节；所有表征和测试结果如图4-13所示。
由图4-13可以看出，本发明中所制备的有可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线相比于无可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线，表现出更少的微界面和更高的结晶性；本发明中所制备的有可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线光电探测器相比于无可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线光电探测器，表现出更高的性能和更高的稳定性；在5V偏压下，玻璃片上制备的有可控微界面消除法处理的 MAPbI3网状纳米线光电探测器的响应度、探测度、响应时间以及线性检测范围分别为 0.56A/W、4.16×1012Jones、0.2/0.37ms和89dB，而无可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线光电探测器的响应度、探测度、响应时间以及线性检测范围分别为0.09A/W、 0.84×1012Jones、0.24/0.59ms和70dB；玻璃片上制备的有可控微界面消除法处理的 MAPbI3网状纳米线光电探测器在光强为14.5mW/cm2的激光照射下连续光照1800s以后光电流衰减不到3％，而无可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线光电探测器在光强为14.5mW/cm2的激光照射下连续光照1800s以后光电流衰减10％以上；玻璃片上制备的有可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线光电探测器的光电流在高湿度(55％-65％)空气环境中存放30天以后衰减不到20％，而无可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线光电探测器的光电流在高湿度(55％-65％)空气环境中存放30 天以后衰减95％以上；在5V偏压下，柔性PET上制备的有可控微界面消除法处理的 MAPbI3网状纳米线光电探测器的开关比为2.2×103，而无可控微界面消除法处理的 MAPbI3网状纳米线光电探测器的开关比为7×102；柔性PET上制备的有可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线光电探测器的光电流在不同弯曲直径下弯曲250次以及在固定弯曲直径下弯曲1000次以后均无任何衰减，而无可控微界面消除法处理的 MAPbI3网状纳米线光电探测器的光电流在不同弯曲直径下弯曲250次以及在固定弯曲直径下弯曲1000次以后分别衰减60％和30％。

Claims (10)

1.一种基于可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
（1）将基底清洗、吹干、用紫外-臭氧处理；
（2）配制钙钛矿前驱体溶液，然后采用两步旋涂法在所述基底表面形成MAPbI3网状纳米线；
（3）利用可控微界面消除法处理MAPbI3网状纳米线：用玻璃片覆盖所述MAPbI3网状纳米线后置于压力装置中，设置压力装置的处理压力为2.7 MPa～13.9 MPa，再将所述压力装置在80～120℃条件下热处理10～120 min，得到可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线；其中：所述微界面是指纳米线与纳米线接触的地方。
2.根据权利要求1所述的基于可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述MAPbI3网状纳米线的具体制备方法如下：室温下，在基底表面依次将碘化铅的DMF前驱体溶液在低转速条件下旋涂铺展均匀、高转速条件下旋涂成膜，然后进行一次退火处理，获得PbI2薄膜；再将带有微量DMF的MAI与IPA混合溶液在中转速条件下旋涂到所述PbI2薄膜表面后反应40～60 s，最后进行二次退火处理，获得所述MAPbI3网状纳米线；其中：IPA的用量为10 ml，DMF的用量为1 ml；所述低转速为3000r/min，中转速为4000r/min，高转速为6000 r/min。
3.权利要求1或2所述的基于可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线的制备方法制备得到的MAPbI3网状纳米线。
4.权利要求1或2所述方法制得的MAPbI3网状纳米线在光电探测器中的应用。
5.一种MAPbI3网状纳米线光电探测器，其特征在于：所述光电探测器从下至上依次包括：透明基底，光电转换层，电极；所述光电转换层材料为权利要求1或2所述方法制得的MAPbI3网状纳米线。
6.根据权利要求5所述的MAPbI3网状纳米线光电探测器，其特征在于：所述光电转换层的厚度为100～300 nm。
7.根据权利要求5所述的MAPbI3网状纳米线光电探测器，其特征在于：所述基底的厚度为0.1～2 mm，所述电极的厚度为50～100 nm。
8.根据权利要求7所述的MAPbI3网状纳米线光电探测器，其特征在于：所述电极为叉指电极，所述叉指电极的沟道宽度为50～100 μm。
9.根据权利要求5所述的MAPbI3网状纳米线光电探测器，其特征在于：所述透明基底为硬质透明基底或柔性透明基底；其中：所述硬质透明基底为玻璃片、硅片或石英片中的任一种；所述柔性衬底材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚酰亚胺（PI）、聚丙烯己二脂（PPA）、聚氯乙烯（PVC）、聚醚酰亚胺（PEI）或聚二甲基硅氧烷（PDMS）中的任一种。
10.权利要求5所述的MAPbI3网状纳米线光电探测器的制备方法，其特征在于：步骤如下：
（1）将基底清洗、吹干、用紫外-臭氧处理；
（2）配制钙钛矿前驱体溶液，然后采用两步旋涂法在所述基底表面形成MAPbI3网状纳米线；
（3）利用可控微界面消除法处理MAPbI3网状纳米线：用玻璃片覆盖所述MAPbI3网状纳米线后置于压力装置中，设置压力装置的处理压力为2.7 MPa～13.9 MPa，再将所述压力装置在80～120℃条件下热处理10～120 min，得到可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线；
（4）在所述可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线表面制备金属电极。
CN201910567449.9A 2019-06-27 2019-06-27 一种基于可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线及其制备方法和应用 Active CN110265553B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910567449.9A CN110265553B (zh) 2019-06-27 2019-06-27 一种基于可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910567449.9A CN110265553B (zh) 2019-06-27 2019-06-27 一种基于可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110265553A CN110265553A (zh) 2019-09-20
CN110265553B true CN110265553B (zh) 2022-02-15

Family

ID=67922311

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910567449.9A Active CN110265553B (zh) 2019-06-27 2019-06-27 一种基于可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110265553B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106588671A (zh) * 2016-12-21 2017-04-26 河北工业大学 一种空气环境下甲胺铅碘纳米线的制备及光电探测器的应用
CN107316944A (zh) * 2017-06-22 2017-11-03 长江大学 一种具有网状钙钛矿纳米线的光电探测器及其制备方法
EP3296378A1 (en) * 2015-05-14 2018-03-21 Beijing Institute Of Technology Perovskite/polymer composite luminescent material, preparation method and application

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3296378A1 (en) * 2015-05-14 2018-03-21 Beijing Institute Of Technology Perovskite/polymer composite luminescent material, preparation method and application
CN106588671A (zh) * 2016-12-21 2017-04-26 河北工业大学 一种空气环境下甲胺铅碘纳米线的制备及光电探测器的应用
CN107316944A (zh) * 2017-06-22 2017-11-03 长江大学 一种具有网状钙钛矿纳米线的光电探测器及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110265553A (zh) 2019-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107919409B (zh) 一种基于CsPbBr3全无机钙钛矿纳米线的可见光光电探测器及其制备方法
CN109000790B (zh) 一种氧化镓基柔性日盲紫外火焰探测器及其制备方法
CN108649121B (zh) 动态旋涂制备钙钛矿薄膜的方法
CN108767028B (zh) 基于氧化镓异质结结构的柔性日盲紫外探测器及其制备方法
CN108535337B (zh) 基于氧化锡/氧化镓异质结纳米阵列的柔性气敏传感器及其制备方法
CN109841703B (zh) 一种全无机钙钛矿光电探测器及其制备方法
CN113314672A (zh) 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN110265553B (zh) 一种基于可控微界面消除法处理的MAPbI3网状纳米线及其制备方法和应用
CN108735826B (zh) 一种玻璃纤维基柔性氧化镓纳米阵列日盲紫外探测器及其制备方法
CN110660914B (zh) 一种低温原位控制合成碘铋铜三元化合物半导体光电薄膜材料的化学方法
CN112635587A (zh) 基于TiO2/Ga2O3纳米相结的柔性日盲紫外探测器及其制备方法
CN111564509A (zh) 一种全氧化物柔性光电探测器及其制备方法与应用
CN112993061B (zh) 一种采用网状空心结构的自供电CsPbBr3光电探测器
CN114583063A (zh) 一种高性能柔性钙钛矿室内光伏器件及其制备方法
CN111312847B (zh) 一种CuI-Au-ZnO自供电紫外探测器及其制备方法
CN111244201B (zh) 一种柔性自支撑ZnO紫外探测器及其制备方法
CN211238263U (zh) 一种柔性纳米纤维氧化锌锡的场效应晶体管
CN114551730A (zh) 一种大面积钙钛矿微晶薄膜的制备方法及x射线探测器
CN210092100U (zh) 一种基于石墨烯模板上AlGaN纳米柱基MSM型紫外探测器
CN112382686A (zh) 一种ZnO/Ti3C2Tx线形紫外探测器及其制备方法
CN113921286B (zh) 一种基于钙铟硫八面体纳米块或钙铟硫/ZnO异质结复合材料的光电探测器及其制备方法
CN108585531B (zh) 一种有机-无机杂化铅卤化物钙钛矿纳米线的制备方法及其应用
CN115109261B (zh) 一种二维MOFs薄膜的制备方法及其在光电探测器领域的应用
CN111185590B (zh) 基于低温等离子体制备高度有序银纳米链结构的方法
CN111816715B (zh) 一种氧化锌纳米线阵列紫外探测器及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant