CN114107944A - 一种类金字塔形CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜及其制备方法和应用 - Google Patents

一种类金字塔形CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种类金字塔形CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜及其制备方法和应用，复合薄膜的基体由类金字塔形的CsPbBr3二次颗粒组成，类金字塔形的CsPbBr3二次颗粒由CsPbBr3一次颗粒堆叠而成，复合薄膜还包括苯并噻吩；制备方法包括如下步骤：（1）气相法制备由类金字塔形的CsPbBr3二次颗粒组成的CsPbBr3基体薄膜；（2）将苯并噻吩溶解在有机溶剂中；（3）在CsPbBr3基体薄膜上旋涂苯并噻吩有机溶液，得到类金字塔形CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜。本发明采用化学气相沉积法制备CsPbBr3，避免了溶液法的溶剂对CsPbBr3结晶的负面影响，通过优化生长、控制沉积温度对于CsPbBr3微结构调控和与有机半导体C8BTBT构建异质结来提升CsPbBr3光电子器件性能和稳定性。

Description

一种类金字塔形CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜及其制备方法和 应用
技术领域
本发明属于光电探测技术领域，尤其涉及一种类金字塔形CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜及其制备方法和应用。
背景技术
过去十几年中，钙钛矿材料因具有优异的光电性能，在光伏器件中极具应用潜力，而引起了科研人员广泛的关注。钙钛矿材料主要有有机-无机杂化钙钛矿和全无机钙钛矿，有机-无机杂化钙钛矿中的有机阳离子团簇结构较为脆弱，对环境(湿度、温度、氧气等)稳定性差的问题一直制约着其在光电器件领域的进一步发展。
全无机钙钛矿CsPbBr3是一种新型的卤化物钙钛矿半导体，与有机-无机杂化体系相比，CsPbBr3具有更优的稳定性，在实际应用方面更具潜力。然而，大部分钙钛矿都是通过溶液法制备的，溶剂对钙钛矿的结晶存在负面影响，且钙钛矿薄膜材料的结晶稳定性也还需要进一步的提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是溶液法制备钙钛矿会对结晶造成负面影响以及钙钛矿薄膜材料的结晶稳定性差，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种类金字塔形CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜及其制备方法和应用。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种类金字塔形CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜，其特征在于，所述复合薄膜的基体由类金字塔形的CsPbBr3二次颗粒组成，所述类金字塔形的CsPbBr3二次颗粒由CsPbBr3一次颗粒堆叠而成，所述复合薄膜还包括苯并噻吩，所述苯并噻吩主要填充在堆叠的CsPbBr3二次颗粒的孔隙及交界处。
类金字塔形的CsPbBr3二次颗粒结晶稳定，晶胞形态好，能够增加光的吸收率，薄膜粗糙度小，表面平整，稳定性高。表面平整的类金字塔形的CsPbBr3二次颗粒组成的CsPbBr3基体薄膜更有利于苯并噻吩的复合，复合的苯并噻吩不仅可以填充孔洞，而且可以有效填充晶粒的交界缝隙并钝化CsPbBr3膜的缺陷。
苯并噻吩分子式为C8-BTBT，结构式如图12。
优选的，所述CsPbBr3与苯并噻吩呈II型能带排列。
CsPbBr3与苯并噻吩呈II型能带排列，接近的HOMO能级有助于空穴传输并改善光电探测器的性能。
优选的，所述CsPbBr3表面经钝化转变为不活泼态。
CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜中苯并噻吩会对CsPbBr3的缺陷发挥钝化作用，有效的避免水氧分子从缺陷处进入导致CsPbBr3分解，且对CsPbBr3薄膜结构不产生破坏。
在同一个技术构思下，本发明还提供一种类金字塔形CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)气相法制备由类金字塔形的CsPbBr3二次颗粒组成的CsPbBr3基体薄膜；
(2)将苯并噻吩溶解在有机溶剂中，得到苯并噻吩有机溶液；
(3)CsPbBr3基体薄膜上旋涂苯并噻吩有机溶液，苯并噻吩被旋涂在CsPbBr3二次颗粒的表面及交界处，得到类金字塔形CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜。
化学气相沉积法制备的CsPbBr3由于高温环境，且避免了溶剂的负面影响，使得CsPbBr3二次颗粒结晶形态更好，能够得到类金字塔形CsPbBr3二次颗粒组成的CsPbBr3基体薄膜，具有类金字塔结构的光阱几何形状，使入射光子在CsPbBr3表面的小平面之间反射并被捕获在结构中，从而减少了光反射损失。
常规溶剂法制备得到的CsPbBr3基体薄膜表面不平整，旋涂苯并噻吩具有困难，而类金字塔形的CsPbBr3二次颗粒组成的CsPbBr3基体薄膜，由于气相法结晶更稳定，其表面更加平整，适合苯并噻吩的旋涂附着。旋涂更有利于苯并噻吩复合在CsPbBr3基体薄膜的孔洞和二次颗粒交界缝隙间，在外层保护CsPbBr3基体薄膜，而且可以有效填充晶粒的接缝并钝化CsPbBr3基体薄膜的缺陷，减少了CsPbBr3的非辐射复合，对电学性能有了极大的提升。
优选的，步骤(1)中所述气相法制备类金字塔形的CsPbBr3二次颗粒组成的CsPbBr3基体薄膜具体为：将质量比为1:1-2:1的CsBr和PbBr2置于管式炉的加热区域，真空惰性气氛下，加热到580℃-650℃，保持50-70分钟，150-230℃下冷却沉积，得到CsPbBr3基体薄膜。CsBr和PbBr2的衬底可选择玻璃、SiO2/Si、聚酰亚胺。
优选的，所述冷却沉积温度为150-160℃，所述真空惰性气氛真空度为10-50Pa，惰性气氛由氮气和/或氩气提供，流量为60sccm。
优选温度下制备的薄膜粗糙度更小，薄膜表面更加平整，适于偏涂，有利于后续将苯并噻吩的填充在CsPbBr3二次颗粒的交界处，得到的类金字塔形CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜复合效果更好。
优选的，步骤(2)中掺有添加剂，所述添加剂为聚苯乙烯，所述苯并噻吩浓度为5-10mg/ml，苯并噻吩有机溶液中苯并噻吩与聚苯乙烯的重量比为4:1-8:1。
苯并噻吩与聚苯乙烯同时产生钝化效果，添加聚苯乙烯能提高苯并噻吩的载流子迁移率，即提高空穴迁移率，发挥协同钝化作用。
优选的，步骤(3)中所述旋涂为偏涂，将CsPbBr3基体薄膜放在距离旋涂中心2.5-3.5cm处，旋涂速度为2500-3000rpm。
采用偏心旋涂制备得到的有机层具有更高的载流子迁移率。
在同一个技术构思下，本发明还提供一种类金字塔形CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜在制备光电导器件材料或制备光电探测器中的应用。
类金字塔形CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜稳定性好，敏感度高，能够长时间稳定地进行光响应，CsPbBr3/苯并噻吩的异质结构使得光电探测器的响应度也得到提高，为钙钛矿光电子器件的实际应用提供了一个可行方案。
优选的，所述光电导器件的制备方法为：通过掩模板热蒸发在类金字塔形CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜上蒸镀覆盖厚度为50-100nm的金属电极。
优选的，所述金属电极至少两块，两电极之间有效器件面积为50×1000μm2-100×1000μm2。
优选的，所述金属电极为金电极。
卤族离子不与金反应，不容易发生电极部分分解，且金电极制备的器件性能更好。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明主要采用化学气相沉积法制备CsPbBr3，避免了溶液法的溶剂对CsPbBr3结晶的负面影响，通过优化生长、控制沉积温度对于CsPbBr3微结构调控和与有机半导体C8BTBT(苯并噻吩)构建异质结来提升CsPbBr3光电子器件性能和稳定性。
(2)本发明通过低压CVD法制备的类金字塔形的CsPbBr3二次颗粒组成的CsPbBr3薄膜有利于增加光的吸收并减少光的反射，化学气相沉积法制备的CsPbBr3经过高温处理，结晶更好，正四面体晶型更加更稳定。
(3)选用苯并噻吩与CsPbBr3薄膜复合，与苯并噻吩构建异质结后，由于苯并噻吩的保护，可以有效填充晶粒的孔洞和交界缝隙，并钝化CsPbBr3膜的缺陷，制备得到的光电探测器能长期稳定工作；CsPbBr3与苯并噻吩是II型能带排列，并且接近的HOMO能级有助于空穴传输并改善光电探测器的性能。
(4)优化的CVD法制备温度下制备的CsPbBr3基体薄膜粗糙度较小，更有利于与苯并噻吩形成复合薄膜。
(5)使用本发明类金字塔形CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜的光电探测器，能够提高光电探测器的响应度和稳定性，当暴露在35％的湿度下六个月后，器件仍能稳定工作，并且具有3000s的长时间稳定光响应，为钙钛矿光电子器件的实际应用提供了一个可行方案。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1化学气相沉积法制备CsPbBr3薄膜的流程示意图；
图2为实施例1化学气相沉积法制备的CsPbBr3薄膜的SEM、吸收谱和光反射示意图；
图3为实施例1化学气相沉积法制备的CsPbBr3薄膜的XRD图和拉曼光谱图；
图4为实施例1偏心旋涂沉积C8-BTBT示意图；
图5为实施例1光电探测器器件结构图示意图；
图6为实施例1CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜的SEM图、PL图像和能级图；
图7为实施例1CsPbBr3和CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜光电探测器的I-V曲线、光电探测器的响应度、上升和下降时间；
图8为实施例1CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜光电探测器6个月后的长期I-T模式光响应图；
图9为对比例1、对比例2的CsPbBr3薄膜的SEM图像；
图10为对比例3多步旋涂法制备CsPbBr3薄膜的流程示意图；
图11为对比例3多步旋涂法制备的CsPbBr3薄膜的SEM图和吸收谱图；
图12为实施例1苯并噻吩分子结构式。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
实施例1的一种类金字塔形CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜的制备方法为：
(1)CsPbBr3基体薄膜的制备：如图1的化学气相沉积法制备CsPbBr3薄膜的流程示意图；通过一步低压CVD制备CsPbBr3基体薄膜，将CsBr和PbBr2附在玻璃衬底上，CsBr和PbBr2质量为100mg和50mg，置于管式炉的加热区域，引入氮气，流量为60sccm，抽真空至30Pa。将炉加热到600℃，保持60分钟，最后自然冷却，150℃下冷却沉积得到薄膜形貌的CsPbBr3，制备的薄膜粗糙度较小。
(2)CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜的制备：选用150℃制备的CsPbBr3。在CsPbBr3基体薄膜上偏心旋涂C8-BTBT，得到CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜。首先将C8-BTBT溶解在氯苯中，浓度为5mg/ml。同时，将聚苯乙烯(PS)作为添加剂添加到C8-BTBT溶液中获得C8-BTBT:PS共混溶液(PS的重量占20％)，C8-BTBT与PS的重量比为4:1。C8-BTBT和PS同时产生钝化效果，添加PS能提高空穴迁移率。如图4的偏心旋涂沉积苯并噻吩示意图所示，在OCSC法中，将CsPbBr3薄膜放在距中心3cm处，旋涂速度为2700rpm。
(3)CsPbBr3/苯并噻吩光电探测器的制备：金电极(50nm)通过掩模版热蒸发在CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜上(器件的有效工作面积为80×1000μm2)。
实施例1的一种类金字塔形CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜由以上方法制备得到，复合薄膜以CsPbBr3为基体，掺杂苯并噻吩，基体由类金字塔形的CsPbBr3二次颗粒组成，类金字塔形的CsPbBr3二次颗粒由CsPbBr3一次颗粒堆叠而成，，苯并噻吩填充在堆叠的CsPbBr3二次颗粒的孔隙及交界处。
CsPbBr3与苯并噻吩呈II型能带排列，CsPbBr3表面经钝化转变为不活泼态。
图2为实施例1化学气相沉积法制备的CsPbBr3薄膜的SEM、吸收谱和光反射示意图，其中(a)为实施例1化学气相沉积法制备的CsPbBr3薄膜的SEM图像，能够看出CsPbBr3薄膜的二次颗粒呈明显的类金字塔形状，晶型稳定，分布均匀；(b)为化学气相沉积法制备的CsPbBr3薄膜的吸收谱图，显示化学气相沉积法制备的CsPbBr3薄膜吸收增强显著；(c)为实施例1化学气相沉积法制备的CsPbBr3薄膜表面的光反射示意图，CsPbBr3薄膜具有类金字塔结构的光阱几何形状，使入射光子在CsPbBr3表面的小平面之间反射并被捕获在结构中，从而减少了光反射损失。因此，类金字塔结构的CsPbBr3二次颗粒组成的CsPbBr3薄膜可以增加光吸收并减少反射，可以激发更多的载流子以改善器件的性能。
图12为实施例1苯并噻吩(C8-BTBT)的分子结构式。
图3为实施例1化学气相沉积法制备的CsPbBr3薄膜的XRD图和拉曼光谱图，其中(a)为实施例1化学气相沉积法制备的CsPbBr3薄膜的XRD图，显示了CsPbBr3薄膜的晶体结构和声子振动模式：CsPbBr3膜在15.39°、21.82°、30.86°、38.02°和44.27°处具有衍射峰，分别表示为(100)、(110)、(200)、(211)和(220)，体现出CsPbBr3的立方结构。
(b)为实施例1化学气相沉积法制备的CsPbBr3薄膜的拉曼光谱，表明，[PbBr6]4-的八面体振动模式在72.7cm-1(在633nm激发)处有一个很强的峰。Cs+离子的运动在127.7cm-1处有一个宽峰，而八面体二阶声子模在309.7cm-1处有较弱的宽带。
图6为实施例1CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜的SEM图、PL图像和能级图；其中(a)为实施例1CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜的SEM图，可以看出苯并噻吩不仅可以填充孔洞，而且可以有效填充晶粒的接缝并钝化CsPbBr3膜的缺陷。
(b)为实施例1CsPbBr3和CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜的PL图像，显示苯并噻吩钝化了CsPbBr3表面的缺陷，减少了CsPbBr3的非辐射复合，增加了PL峰的强度。
(c)为实施例1CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜的能级图，显示CsPbBr3和苯并噻吩是II型能带排列，并且接近的HOMO能级有助于空穴传输并改善光电探测器的性能。
实施例1的一种类金字塔形CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜应用在光学探测器器件中，如图5的光电探测器器件结构图示意图，金电极(50nm)通过掩模版热蒸发在CsPbBr3和CsPbBr3/苯并噻吩薄膜上，两块金电极之间的器件有效工作区域为80×1000μm2。并使用半导体参数分析仪系统进行电测量。
图7为实施例1CsPbBr3和CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜光电探测器的I-V曲线、光电探测器的响应度、上升和下降时间；其中(a)为实施例1CsPbBr3光电探测器的I-V曲线，(b)为CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜光电探测器的I-V曲线，显示与405nm激光照射下的CsPbBr3光电探测器相比，CsPbBr3/苯并噻吩光电探测器的光电流有了很大的提高。
(c)为实施例1CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜光电探测器的响应度，显示响应度可以在405nm处从0.42A/W(CsPbBr3)增加至4.01A/W，提高了9.55倍。
(d)为实施例1CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜光电探测器的上升和下降时间，显示CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜光电探测器具有24ms(上升时间)和17ms(下降时间)的快速响应时间。
图8为实施例1CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜光电探测器6个月后的长期I-T模式光响应图，当暴露在35％的湿度下六个月后，器件仍能稳定工作，并且具有3000s的长时间稳定光响应，为钙钛矿光电子器件的实际应用提供了一个可行方案。
对比例1：
对比例1与实施例1采用相同制备工艺，区别在于，加热60分钟后，在230℃下冷却沉积得到薄膜形貌的CsPbBr3。
图9中(a)为对比例1CsPbBr3薄膜的SEM图像，薄膜粗糙度较大，在偏心旋涂苯并噻吩时效果没有150℃温度下制备的CsPbBr3好。
对比例2：
对比例2与实施例1采用相同制备工艺，区别在于，加热60分钟后，在190℃下冷却沉积得到薄膜形貌的CsPbBr3。
图9中(b)为对比例2CsPbBr3薄膜的SEM图像，薄膜粗糙度较大，在偏心旋涂苯并噻吩时效果没有150℃温度下制备的CsPbBr3好。
对比例3：
对比例3的一种类金字塔形CsPbBr3薄膜的制备方法为：
多步旋涂制备CsPbBr3薄膜：如图10所示：配置1mol/L的PbBr2(DMF)溶液，2000rpm的速度旋涂30秒，在90℃下干燥1h后，将0.07mol/L的CsBr(甲醇)溶液以2000rpm的速度旋涂30在PbBr2薄膜上，并在250℃下继续加热5分钟，重复四次。获得的CsPbBr3薄膜用异丙醇冲洗并再次在250℃下干燥5分钟。
图11中(a)为对比例3多步旋涂法制备的CsPbBr3薄膜的SEM图，多步旋涂法制备的CsPbBr3薄膜表面光滑，无稳定正四面体结构，且仍存在部分表面缺陷。
图11中(b)为对比例3多步旋涂法制备的CsPbBr3薄膜的吸收谱图，可以看出多步旋涂法制备的CsPbBr3薄膜表面不平整，存在缺陷。

Claims (12)

1.一种类金字塔形CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜，其特征在于，所述复合薄膜的基体由类金字塔形的CsPbBr3二次颗粒组成，所述类金字塔形的CsPbBr3二次颗粒由CsPbBr3一次颗粒堆叠而成，所述复合薄膜还包括苯并噻吩，所述苯并噻吩填充在堆叠的CsPbBr3二次颗粒的孔隙及交界处。
2.如权利要求1所述的类金字塔形CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜，其特征在于，所述CsPbBr3与苯并噻吩呈II型能带排列。
3.如权利要求1所述的类金字塔形CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜，其特征在于，所述CsPbBr3表面经钝化转变为不活泼态。
4.一种类金字塔形CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)气相法制备由类金字塔形的CsPbBr3二次颗粒组成的CsPbBr3基体薄膜；
(2)将苯并噻吩溶解在有机溶剂中，得到苯并噻吩有机溶液；
(3)在CsPbBr3基体薄膜上旋涂苯并噻吩有机溶液，苯并噻吩通过旋涂填充在CsPbBr3二次颗粒的孔洞及交界处，得到类金字塔形CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜。
5.如权利要求4所述的类金字塔形CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述气相法制备由类金字塔形的CsPbBr3二次颗粒组成的CsPbBr3基体薄膜包括为：将质量比为1:1-2:1的CsBr和PbBr2置于管式炉的加热区域，真空惰性气氛下，加热到580℃-650℃，保持50-70分钟，150-230℃下冷却沉积，得到CsPbBr3基体薄膜。
6.如权利要求5所述的类金字塔形CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述冷却沉积温度为150-160℃，所述真空惰性气氛真空度为10-50Pa，惰性气氛由氮气和/或氩气提供。
7.如权利要求4所述的类金字塔形CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中掺有添加剂，所述添加剂为聚苯乙烯，所述苯并噻吩浓度为5-10mg/ml，苯并噻吩有机溶液中苯并噻吩与聚苯乙烯的重量比为4:1-8:1。
8.如权利要求4所述的类金字塔形CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述旋涂为偏涂，将CsPbBr3基体薄膜放在距离旋涂中心2.5-3.5cm处，旋涂速度为2500-3000rpm。
9.一种类金字塔形CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜的应用，其特征在于，所述类金字塔形CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜在制备光电导器件材料或制备光电探测器中的应用。
10.如权利要求9所述的类金字塔形CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜的应用，其特征在于，所述光电导器件的制备方法为：通过掩模板热蒸发在类金字塔形CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜上蒸镀覆盖厚度为50-100nm的金属电极。
11.如权利要求10所述的类金字塔形CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜的应用，其特征在于，所述金属电极有至少两块，两电极之间有效器件面积为50×1000μm2-100×1000μm2。
12.如权利要求10或11所述的类金字塔形CsPbBr3/苯并噻吩复合薄膜的应用，其特征在于，所述金属电极为金电极。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014151522A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-25 Hunt Energy Enterprises, L.L.C. Perovskite and other solar cell materials
CN107768478A (zh) * 2018-01-11 2018-03-06 中南大学 一种有机/钙钛矿体相异质结纳米线光电探测器及其制备方法
CN108192593A (zh) * 2018-01-18 2018-06-22 合肥工业大学 基于无机钙钛矿量子点与共轭有机小分子共晶结构的光学薄膜
CN109355638A (zh) * 2018-12-14 2019-02-19 常州工学院 一种相变可控的全无机钙钛矿薄膜制备方法及器件应用
RU2708365C1 (ru) * 2018-12-27 2019-12-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) Способ получения тонкопленочных структур галогенидных полупроводников (варианты)

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014151522A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-25 Hunt Energy Enterprises, L.L.C. Perovskite and other solar cell materials
CN107768478A (zh) * 2018-01-11 2018-03-06 中南大学 一种有机/钙钛矿体相异质结纳米线光电探测器及其制备方法
CN108192593A (zh) * 2018-01-18 2018-06-22 合肥工业大学 基于无机钙钛矿量子点与共轭有机小分子共晶结构的光学薄膜
CN109355638A (zh) * 2018-12-14 2019-02-19 常州工学院 一种相变可控的全无机钙钛矿薄膜制备方法及器件应用
RU2708365C1 (ru) * 2018-12-27 2019-12-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) Способ получения тонкопленочных структур галогенидных полупроводников (варианты)

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张春雨等: "基于CsPbBr_3量子点与C8-BTBT复合薄膜光学稳定性的研究", 《固体电子学研究与进展》 *
王向华等: "ZnO/C8-BTBT异质结的载流子注入特性研究", 《固体电子学研究与进展》 *

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