CN115161760A - 利用两步纳米压印法制备的双钙钛矿横向异质结、制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了利用两步纳米压印法制备的双钙钛矿横向异质结、制备方法及其应用，属于有机无机杂化钙钛矿横向异质结技术领域，具体包括钙钛矿前驱体制备、压印模板制备、异质结晶体的制备；利用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法，通过两步纳米压印在温度场和重力场的辅助下，避免第二种钙钛矿结晶过程中涉及的溶剂将先沉积的第一种钙钛矿晶体溶解，从而可得到由两种高质量钙钛矿晶体横向拼接而成的横向钙钛矿异质结；制备的横向异质结晶体表面形貌良好，缺陷较少，晶体生长取向良好；并利用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法制备了具备自供电、柔性、偏振灵敏性的高性能光电探测器，并且提升了光电响应特性和对环境的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于有机无机杂化钙钛矿横向异质结技术领域，具体涉及利用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结，由此获得的自供电钙钛矿光电探测器具有显著提高的探测性能和环境稳定性，进而实现对器件各项光电性能的大幅度提升。
背景技术
将钙钛矿材料组装成异质结结构是提升光电器件性能的有效手段；尤其是，由两种钙钛矿材料形成的异质结不仅可以在光电探测器中发挥良好的作用，而且在光伏、晶体管和激光器件中具有潜在的应用价值。对比于垂直异质结，在由共价键连接的横向异质结中，由于有源层直接与光接触因此减少了光的反射和损耗，更适合制备更高性能且稳定性更好的光电器件。得益于钙钛矿材料易于溶解的优点，溶液法常常被用来高效、低成本、大面积制备钙钛矿垂直异质结。然而，利用溶液法很难实现双钙钛矿横向异质结的制备，因为第一个沉积的钙钛矿很容易被后续前体溶液的溶剂溶解。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是：提供利用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法，通过两步纳米压印使第一步纳米压印所制备的微结构钙钛矿晶体成为第二步纳米压印过程中另一种钙钛矿晶体生长的成核位点，从而实现由两种钙钛矿拼接而成的横向钙钛矿异质结晶体的制备。在此过程中，为了防止第一步纳米压印得到的第一种钙钛矿晶体被第二种钙钛矿前驱体溶液的溶剂溶解，本发明将第一步纳米压印完成后的模板-第一种晶体-衬底体系处于一个温度梯度中，使得第一种晶体处于高温区，随后滴加第二种钙钛矿前驱体溶液到低温区；由于钙钛矿材料在DMF等溶剂中的溶解度随着温度的升高而降低，因此当第二种前驱体溶液流动到处于高温区的第一步中沉积的钙钛矿晶体处时不会将其溶解，而是以其为成核点开始结晶；由温度梯度所产生的梯度力由高温区指向低温区，阻碍第二种前驱体溶液的流动。所以，需要将系统倾斜一定角度，使得重力将这一梯度力抵消，保证第二种钙钛矿前驱体溶液向第一步纳米压印沉积的晶体运动。本发明提出的两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法可得到具有高结晶质量的双钙钛矿横向拼接形成的横向异质结。
本发明通过如下技术方案实现：
利用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法，具体步骤如下：
(1)准备限制钙钛矿晶体定向生长的微米结构：
具体步骤为：选择衬底，经过丙酮、乙醇和去离子水清洗干净后烘干；将具有凹陷微米结构的PDMS模板按压在衬底上使其与衬底紧密接触形成相互独立的微米凹槽结构后撤除压力；
(2)制备第一种钙钛矿晶体微结构：
具体步骤为：将第一种钙钛矿前驱体溶液滴在PDMS模板的一端，溶液在毛细力作用下，将微米凹槽部分填充后，进行加热，使得第一种钙钛矿晶体在微米凹槽的限域作用下生长；
(3)制备双钙钛矿异质结晶体结构：
具体步骤为：将步骤(2)中的模板-晶体-衬底体系倾斜，使得未被第一种晶体填充的部分朝上；并使充满第一种钙钛矿晶体的一端与加热器接触，处于高温区，使未被填充的一端处于低温区，使得系统有一个从填充满第一种钙钛矿晶体的一端指向未被填充一端的温度梯度；将第二种钙钛矿前驱体溶液从未被填充的一端滴加进入微米凹槽，并在重力作用下克服温度梯度阻力向先沉积的第一种钙钛矿晶体微结构运动；当第二种钙钛矿前驱体溶液在微米凹槽中遇到第一种钙钛矿晶体时，由于处于高温区的第一种晶体在高温下溶解度低，难以被前驱体溶剂溶解，从而充当第二种钙钛矿结晶的成核点，并在微米凹槽的限域下生长，与第一种钙钛矿形成异质结晶体。
进一步地，步骤(1)所述的衬底为玻璃或硅片等硬质衬底、PET、PI、PDMS等柔性衬底，大小为5×5mm2-50×50mm2；PDMS模板上微米结构的横向尺寸为1-300μm，纵向尺寸为500nm-50μm；PDMS模板整体大小为5×5mm2-50×50mm2；按压模板的压强大小为500-3000Pa。
进一步地，步骤(2)所述第一种钙钛矿前驱体溶液为MAPbI3，浓度为5％-40％(wt％)；体积为1-10μL；晶体生长温度为50-90℃；晶体生长时间为10-100min。
进一步地，步骤(3)所述模板-晶体-衬底体系的倾斜角度为15-90°；高温区温度为80-120℃；低温区的温度为10-60℃。
进一步地，步骤(3)所述第二种前驱体溶液为MAPbBr3，浓度为5％-40％(wt％)，体积为1-10μL；晶体生长保持时间为20-120min。
进一步地，步骤(2)和步骤(3)所述前驱体中，两种钙钛矿溶剂为二甲基甲酰胺(DMF)。
本发明的另一目的还在于提供了利用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法制备的双钙钛矿横向异质结在自供电钙钛矿光电探测器件方面的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)、本发明采用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结，所制备的横向异质结晶体表面形貌良好，缺陷较少，晶体生长取向良好，从而有效降低了载流子复合，提升了光电性能；
(2)、本发明采用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结，所制备的横向异质结晶体内产生的内建电场，驱动载流子的分离，抑制了载流子复合，提升了光电性能；
(3)、本发明采用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结制备自供电光电探测器，从而提升了光电探测器件的灵敏性和环境稳定性。
附图说明
图1为本发明的利用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法的流程示意图；
图2为本发明的利用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的倾斜衬底的不同距离的温度变化图；
图3为在没有温度梯度的情形下和没有倾斜的情形下得到的晶体的照片；其中，左图为在没有温度梯度的情形下，第一步沉积的钙钛矿晶体被第二种钙钛矿前驱体溶解，最终形成了不连续的两种晶体，且没有形成高质量的异质结；右图是在没有倾斜的情形下，溶液难以从模板的端口流入微米凹槽中，导致结晶集中于端口处；
图4为利用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法制备的MAPbI3-MAPbBr3横向异质结的XRD图；
图5为利用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法制备的MAPbI3-MAPbBr3横向异质结的扫描电镜照片；
图6为利用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法制备的MAPbI3-MAPbBr3横向异质结的原子力显微镜照片；
图7为本发明的一种基于两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法制备的MAPbI3-MAPbBr3横向异质结光电探测器，在5V偏压下的光电流和响应度依赖输入光强的曲线；
图8为本发明的一种基于两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法制备的MAPbI3-MAPbBr3横向异质结光电探测器，在0V偏压下的光电流和响应度依赖输入光强的曲线；
图9为本发明的一种基于两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法制备的MAPbI3-MAPbBr3横向异质结光电探测器，在空气中暴露不同时间后的性能图；
图10为本发明的一种基于两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法制备的MAPbI3-MAPbBr3横向异质结光电探测器，在不同弯曲循环后的性能曲线；
图11为本发明的一种基于两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法制备的MAPbI3-MAPbBr3横向异质结光电探测器，对偏振光的响应曲线。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
实施例1
本实施例提供了利用两步纳米压印法制备由两种钙钛矿横向拼接的横向异质结的方法，具体地是将第一步纳米压印得到的第一种钙钛矿晶体作为第二步纳米压印过程中第二种钙钛矿晶体生长的成核位点，并最终与第一种钙钛矿晶体拼接形成横向异质结，在两步纳米压印过程中模板对晶体生长的限域作用使得晶体结构完整且具有高质量，从而显著提高了横向异质结的光电性能和长周期稳定性。
如图1所示，为本实施例制备方法的流程图，利用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法，具体步骤如下：
(1)、钙钛矿前驱体制备：首先，将0.160克MAI和0.461克PbI2加入1克二甲基甲酰胺(DMF)，充分搅拌10h，得到第一种钙钛矿MAPbI3前驱体溶液；首先，将0.112克MABr和0.367克PbBr2加入1克二甲基甲酰胺(DMF)，充分搅拌10h，得到第二种钙钛矿MAPbBr3前驱体溶液；
(2)、PDMS模板的制备：首先，将PDMS(聚二甲基硅氧烷)与固化剂(道康宁DOWCORNING)以质量比10:1混合，充分搅拌并进行离心，所用离心转速为2500r/min，所用离心时间为5min，除去内部气泡；然后，取第三方购得的硅模板，将均匀混合的PDMS预聚物倾倒在清洗后的硅模板上，以300r/min的速度旋涂20秒，形成PDMS膜；随后，将其置于烘箱中烘烤，所用烘烤温度为85℃，烘烤时间为100min，使其固化；最后，将完全固化的PDMS膜从硅模板上揭下，得到PDMS模板；
(3)、MAPbI3-MAPbBr3横向异质结的制备：首先，将步骤(2)制备好的PDMS模板剪裁成18×18mm2在1000Pa的压力下按压到20×20mm2的玻璃衬底上；取步骤(1)中的第一种前驱体溶液2μL滴加到PDMS模板的一端，待其全部被模板与衬底形成的微米凹槽吸收后，将其放置75℃的加热台上；待第一种钙钛矿晶体在微米凹槽中的定向生长完成后，将体系倾斜60°，使得被MAPbI3填充的一端处于100℃的温度，未被填充的一端处于低温区且温度为25℃；取1μL步骤(1)中制备好的MAPbBr3溶液滴体系未被填充的一端，使前驱体溶液完全填充满微米凹槽并在重力和毛细力作用下向第一步中生长的MAPbI3晶体移动；60min后，揭下PDMS模板高结晶质量的MAPbI3-MAPbBr3横向异质结阵列。
由图1可知，利用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的制备流程为配置前驱体溶液→制备模板→纳米压印第一种钙钛矿→倾斜体系并添加温度梯度→纳米压印第二种钙钛矿→揭下PDMS模板，得到高结晶质量的双钙钛矿横向异质结阵列。
由图2可知，在进行第二步压印之前，体系被MAPbI3晶体填充的一端处于在高温区，未被填充的一端处于低温区，产生一个由低温区指向高温区的温度梯度二者的温差为75℃，这个温度梯度力阻碍后续第二步压印中第二种钙钛矿前驱体溶液从低温区向高温区流动，而倾斜体系后这一阻力被重力所抵消。
由图3可知，在温度均匀分布的情形，首先沉积的钙钛矿被第二种钙钛矿所溶解，在微米凹槽中留下不连续且无序拼接的晶体；在没有重力辅助下，第二种溶液流动困难，无法进入通道，结晶过程集中在微米凹槽的端口处，两种钙钛矿晶体难以拼接成异质结。
由图4可知，所制备的MAPbI3-MAPbBr3横向异质结具有MAPbI3和MAPbBr3的衍射峰，证明了两步压印法对这两种钙钛矿的晶体结构没有影响，且晶体具有很好的结晶质量。
图5和图6可知，本发明提供利用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法所制备的MAPbI3-MAPbBr3横向异质结具有完整结构，形貌平整均匀。
实施例2
利用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法制备双钙钛矿横向异质结基自供电光电探测器。
本发明提供的两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法所制备的双钙钛矿横向异质结晶体缺陷密度低和结晶质量好的特点，可作为高质量的功能层用于制备自供电光电探测器，进而显著提升自供电光电探测器的灵敏性和对环境的稳定性。
利用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法制备双钙钛矿横向异质结基自供电光电探测器，具体步骤如下：
(1)、钙钛矿前驱体制备：同实施例1。
(2)、压印模板制备：同实施例1。
(3)、MAPbI3-MAPbBr3横向异质结的制备：同实施例1。
(4)、电极的制备：首先，将第三方购得的直径为100微米的银丝剪成1厘米长的小段作为蒸镀电极的掩膜版；将银丝掩膜版贴到步骤(3)所制备的MAPbI3-MAPbBr3横向异质结表面后，置于真空蒸镀仪中，待真空抽至8×10-4Pa，蒸镀250纳米厚的金电极后，取出掩膜版，并将电极引出以方便测试，得到基于两步纳米压印法制备的MAPbI3-MAPbBr3横向异质结的光电探测器。
由图7可知，本发明提供的基于两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法制备双钙钛矿横向异质结基自供电光电探测器，在5V偏压下，光响应非常灵敏，具有非常高的灵敏度。这说明本发明提供的基于两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法制备双钙钛矿横向异质结具有结晶质量好的优点，从而能够显著提高器件光电性能。
由图8可知，本发明提供的基于两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法制备双钙钛矿横向异质结基自供电光电探测器，在0V偏压下，仍然具有极高的响应度，这说明本发明提供的利用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结，陷阱态密度低，结晶质量好，内部的内建电场大大抑制了载流子的复合，从而能够显著提高自供电情况下载流子传输特性。因此，MAPbI3-MAPbBr3横向异质结具有更好的光电响应特性。在5V偏压下响应度高达1207AW-1，在0V偏压下响应度达233AW-1，是类似器件最佳性能(122AW-1)的两倍之多。
由图9可知，本发明提供的基于两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的自供电光电探测器在空气中暴露超过391天后性能依然保持为原来的88.2％，具有显著提高的稳定性，这说明本发明提供的本发明提供的基于两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结，陷阱态密度低，结晶质量好，从而能够显著提高器件的环境稳定性。
实施例3
利用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法制备双钙钛矿横向异质结基自供电、柔性、偏振敏感型光电探测器。
本发明提供的两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法制备双钙钛矿横向异质结具有机械柔性高、排列有序、缺陷密度低和载流子传输效率高的特点，可作为高质量的功能层用于制备柔性、偏振敏感型光电探测器阵列，进而显著提升光电探测器机械性能和偏振敏感性。
利用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法制备双钙钛矿横向异质结基自供电、柔性、偏振敏感型光电探测器，具体步骤如下：
(1)、钙钛矿前驱体制备：同实施例1。
(2)、压印模板制备：同实施例1。
(3)、MAPbI3-MAPbBr3横向异质结的制备：将实施例1中的衬底替换为柔性PET，其余步骤同实施例1
(4)、电极的制备：同实施例2。
由图10可知，本发明提供的利用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法制备双钙钛矿横向异质结基自供电、柔性、偏振敏感型光电探测器，具有很高的机械性能。这说明本发明提供的利用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结具有出众的机械性能，从而能够显著提高器件的柔性。
由图11可知，本发明提供的利用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法制备双钙钛矿横向异质结基自供电、柔性、偏振敏感型光电探测器，具有很高的偏振敏感性。这说明本发明提供的利用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的内建电场能够有效地分离载流子并促进载流子传输，且具有显著的各向异性，从而能够显著提高器件的偏振敏感性。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (8)
1.利用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)准备限制钙钛矿晶体定向生长的微米结构：
具体步骤为：选择衬底，经过丙酮、乙醇和去离子水清洗干净后烘干；将具有凹陷微米结构的PDMS模板按压在衬底上使其与衬底紧密接触形成相互独立的微米凹槽结构后撤除压力；
(2)制备第一种钙钛矿晶体微结构：
具体步骤为：将第一种钙钛矿前驱体溶液滴在PDMS模板的一端，溶液在毛细力作用下，将微米凹槽部分填充后，进行加热，使得第一种钙钛矿晶体在微米凹槽的限域作用下生长；
(3)制备双钙钛矿异质结晶体结构：
具体步骤为：将步骤(2)中的模板-晶体-衬底体系倾斜，使得未被第一种晶体填充的部分朝上；并使充满第一种钙钛矿晶体的一端与加热器接触，处于高温区，使未被填充的一端处于低温区，使得系统有一个从填充满第一种钙钛矿晶体的一端指向未被填充一端的温度梯度；将第二种钙钛矿前驱体溶液从未被填充的一端滴加进入微米凹槽，并在重力作用下克服温度梯度阻力向先沉积的第一种钙钛矿晶体微结构运动；当第二种钙钛矿前驱体溶液在微米凹槽中遇到第一种钙钛矿晶体时，由于处于高温区的第一种晶体在高温下溶解度低，难以被前驱体溶剂溶解，从而充当第二种钙钛矿结晶的成核点，并在微米凹槽的限域下生长，与第一种钙钛矿形成异质结晶体。
2.如权利要求1所述的利用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法，其特征在于，步骤(1)所述的衬底为玻璃或硅片等硬质衬底、PET、PI、PDMS等柔性衬底，大小为5×5mm2-50×50mm2；PDMS模板上微米结构的横向尺寸为1-300μm，纵向尺寸为500nm-50μm；PDMS模板整体大小为5×5mm2-50×50mm2；按压模板的压强大小为500-3000Pa。
3.如权利要求1所述的利用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法，其特征在于，步骤(2)所述第一种钙钛矿前驱体溶液为MAPbI3，浓度为5％-40％(wt％)；体积为1-10μL；晶体生长温度为50-90℃；晶体生长时间为10-100min。
4.如权利要求1所述的利用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法，其特征在于，步骤(3)所述模板-晶体-衬底体系的倾斜角度为15-90°；高温区温度为80-120℃；低温区的温度为10-60℃。
5.如权利要求1所述的利用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法，其特征在于，步骤(3)所述第二种前驱体溶液为MAPbBr3，浓度为5％-40％(wt％)，体积为1-10μL；晶体生长保持时间为20-120min。
6.如权利要求1所述的利用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法，其特征在于，步骤(2)和步骤(3)所述前驱体中，两种钙钛矿溶剂为二甲基甲酰胺(DMF)。
7.利用两步纳米压印法制备的双钙钛矿横向异质结，其特征在于，由权利要求1-6任一一项所述的方法制备得到。
8.如权利要求1所述的利用两步纳米压印法制备双钙钛矿横向异质结的方法制备的双钙钛矿横向异质结在自供电钙钛矿光电探测器件方面的应用。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116600613A (zh) * | 2023-07-17 | 2023-08-15 | 四川京龙光电科技有限公司 | 一种钙钛矿柔性显示器件制备方法及柔性显示器件 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| CN111223995A (zh) * | 2019-12-02 | 2020-06-02 | 中南大学 | 一种钙钛矿异质结结构及其制备方法和应用 |
| CN111952463A (zh) * | 2020-08-26 | 2020-11-17 | 合肥工业大学 | 一种大面积钙钛矿纳米线阵列的制备方法 |
| US20210062364A1 (en) * | 2019-08-30 | 2021-03-04 | The Regents Of The University Of Michigan | Optimized growth of stable hybrid perovskite materials for electromagnetic and particle radiation detection |
| US20210167308A1 (en) * | 2019-11-29 | 2021-06-03 | Ewha University - Industry Collaboration Foundation | Heterojunction optoelectronic device and method of manufacturing the same |
| CN114530560A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-05-24 | 哈尔滨师范大学 | 一种钙钛矿单晶光电探测器及其制备方法 |
| CN114551730A (zh) * | 2022-02-11 | 2022-05-27 | 山东大学 | 一种大面积钙钛矿微晶薄膜的制备方法及x射线探测器 |
-
2022
- 2022-07-12 CN CN202210817546.0A patent/CN115161760B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| US20210062364A1 (en) * | 2019-08-30 | 2021-03-04 | The Regents Of The University Of Michigan | Optimized growth of stable hybrid perovskite materials for electromagnetic and particle radiation detection |
| US20210167308A1 (en) * | 2019-11-29 | 2021-06-03 | Ewha University - Industry Collaboration Foundation | Heterojunction optoelectronic device and method of manufacturing the same |
| CN111223995A (zh) * | 2019-12-02 | 2020-06-02 | 中南大学 | 一种钙钛矿异质结结构及其制备方法和应用 |
| CN111952463A (zh) * | 2020-08-26 | 2020-11-17 | 合肥工业大学 | 一种大面积钙钛矿纳米线阵列的制备方法 |
| CN114530560A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-05-24 | 哈尔滨师范大学 | 一种钙钛矿单晶光电探测器及其制备方法 |
| CN114551730A (zh) * | 2022-02-11 | 2022-05-27 | 山东大学 | 一种大面积钙钛矿微晶薄膜的制备方法及x射线探测器 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ISABELLE RODRIGUEZ, ET AL.: "Groove-assisted solution growth of lead bromide perovskite aligned nanowires: a simple method towards photoluminescent materials with guiding light properties", 《MATER. CHEM. FRONT.》, vol. 3, pages 1754 - 1760 * |
| MENG WANG, ET AL.: "Flexible and Self-Powered Lateral Photodetector Based on Inorganic Perovskite CsPbI3–CsPbBr3 Heterojunction Nanowire Array", 《ADV. FUNCT. MATER.》, vol. 30, pages 1 - 7 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116600613A (zh) * | 2023-07-17 | 2023-08-15 | 四川京龙光电科技有限公司 | 一种钙钛矿柔性显示器件制备方法及柔性显示器件 |
| CN116600613B (zh) * | 2023-07-17 | 2023-09-26 | 四川京龙光电科技有限公司 | 一种钙钛矿柔性显示器件制备方法及柔性显示器件 |
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| Publication number | Publication date |
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