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CN116024549A - 一种三源共蒸制备CsPbBr3膜的方法 - Google Patents

一种三源共蒸制备CsPbBr3膜的方法 Download PDF

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CN116024549A
CN116024549A CN202310109324.8A CN202310109324A CN116024549A CN 116024549 A CN116024549 A CN 116024549A CN 202310109324 A CN202310109324 A CN 202310109324A CN 116024549 A CN116024549 A CN 116024549A
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CN
China
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csbr
peabr
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CN202310109324.8A
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唐江
牛广达
巫皓迪
陈旭
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Huazhong University of Science and Technology
Ezhou Industrial Technology Research Institute of Huazhong University of Science and Technology
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Huazhong University of Science and Technology
Ezhou Industrial Technology Research Institute of Huazhong University of Science and Technology
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Abstract

本发明公开了一种三源共蒸制备CsPbBr3膜的方法。通过分别同时蒸发PEABr、CsBr和PbBr2原料，通过称量蒸发前后基底的质量,计算出蒸发到基底上的原料的质量，进而标定PEABr、CsBr和PbBr2的实际蒸发速率，选用合适的蒸发速率，得到致密低缺陷的CsPbBr3厚膜。本发明避免了对现有制备技术的使用，解决了现有技术中存在的技术问题。并通过三源共蒸制备低缺陷浓度的CsPbBr3膜，通过引入PEABr，利用其钝化缺陷作用，填补Br空位缺陷，并且能够形成二维RP型钙钛矿，可以有效减少缺陷浓度，显著减少暗电流浓度，并且提高CsPbBr3探测器性能，以便和后端成像面板兼容。

Description

一种三源共蒸制备CsPbBr3膜的方法
技术领域
本发明涉及X射线探测技术领域，尤其涉及一种三源共蒸制备CsPbBr3膜的方法。
背景技术
X射线探测器被广泛应用于军事、医疗、材料分析、工业产品监控和国防等领域。作为新型的X射线探测材料，钙钛矿材料具有X射线吸收能力强、低成本制备等优势，在X射线探测领域的应用愈加显著。其中，有机无机杂化钙钛矿由于低温溶液加工、低成本制备，并且含有易挥发的有机组分，其长期稳定性存在不足，应用较为受限。而全无机卤素钙钛矿，铯铅溴(CsPbBr3)、具有X射线吸收能力更强、热稳定性更佳等优点，在X射线探测方面具有极大的潜在应用价值。目前CsPbBr3的制备方法，有溶液法制备CsPbBr3厚膜，溶剂挥发导致膜内多孔洞，缺陷比较多。布里奇曼熔体法制备CsPbBr3单晶，需要长时间高温，且设备造价昂贵、成本高、晶体生长周期长。
发明内容
本发明通过提供一种三源共蒸制备CsPbBr3膜的方法，解决了现有技术中存在的技术问题。
本发明提供了一种三源共蒸制备CsPbBr3膜的方法，包括：
分别同时蒸发PEABr、CsBr和PbBr2原料；
通过称量蒸发前后基底的质量，计算出蒸发到基底上所述原料的质量；
通过计算得到的原料的质量标定所述PEABr、CsBr和PbBr2原料的实际蒸发速率，进行三源共蒸，得到CsPbBr3厚膜。
具体来说，所述分别同时蒸发PEABr、CsBr和PbBr2原料，包括：
取所述CsBr和PbBr2原料分别放在蒸发设备的两个蒸发舟内，取所述PEABr原料放到所述蒸发设备的坩埚内，将所述基底固定在所述蒸发舟上方的蒸发腔内；
对所述蒸发腔抽真空；
打开加热功能，分别通过调节加在所述蒸发舟上的电流大小，来控制所述CsBr和PbBr2原料上方晶振显示的蒸发速率；通过调节加在所述坩埚上的电流，来控制所述PEABr原料的蒸发速率；
当所述蒸发速率稳定后，打开基底挡板，进行基底旋转。
具体来说，在所述取所述CsBr和PbBr2原料分别放在蒸发设备的两个蒸发舟内，取所述PEABr原料放到所述蒸发设备的坩埚内之前，还包括：
将所述PEABr、CsBr和PbBr2原料放在手套箱里面，并利用热台进行130℃烘烤30min，除去吸附的水分。
具体来说，所述对所述蒸发腔抽真空，包括：
通过调控机械泵和分子泵，将所述蒸发腔内真空抽到5*10-4Pa。
具体来说，所述通过计算得到的原料的质量标定所述PEABr、CsBr和PbBr2原料的实际蒸发速率，包括：
通过公式V1PEABr＝(m1-m0)/(MPEABr*S*T)计算得到所述PEABr原料的实际蒸发速率；其中，m1为蒸发后的基底质量，m0为蒸发前的基底质量，MPEABr为所述PEABr原料的相对原子质量，S为所述基底的面积，T为蒸发时间；
通过公式V1 CsBr＝(m1-m0)/(M CsBr*S*T)计算得到所述CsBr原料的实际蒸发速率；其中，M CsBr为所述CsBr原料的相对原子质量；
通过公式V1PbBr2＝(m1-m0)/(M PbBr2*S*T)计算得到所述PbBr2原料的实际蒸发速率；其中，M PbBr2为所述PbBr2的相对原子质量。
具体来说，所述进行三源共蒸，得到CsPbBr3厚膜，包括：
获得所述蒸发设备显示的实时蒸发速率；
对所述实时蒸发速率和所述原料的实际蒸发速率进行线性拟合，得到拟合后的蒸发速率；
对所述CsBr和PbBr2原料以等摩尔比的蒸发速率蒸发，使所述CsBr和PbBr2原料拟合后的蒸发速率相等；
通过调节加在所述坩埚上的电流，来控制所述PEABr原料的蒸发速率，进行三源共蒸，得到所述CsPbBr3厚膜。
具体来说，在所述得到CsPbBr3厚膜之后，还包括：
对得到的CsPbBr3膜蒸镀100nm的金。
具体来说，所述蒸发舟为钼舟、钽舟、钨舟。
具体来说，所述坩埚为石英坩埚或氮化硼坩埚。
具体来说，所述基底为FTO玻璃、ITO玻璃、互补型金属氧化物阵列或薄膜晶体管阵列。
本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
通过分别同时蒸发PEABr、CsBr和PbBr2原料，通过称量蒸发前后基底的质量,计算出蒸发到基底上的原料的质量，进而标定PEABr、CsBr和PbBr2的实际蒸发速率，选用合适的蒸发速率，得到致密低缺陷的CsPbBr3厚膜。本发明避免了对现有制备技术的使用，解决了现有技术中存在的技术问题。并通过三源共蒸制备低缺陷浓度的CsPbBr3膜，通过引入PEABr，利用其钝化缺陷作用，填补Br空位缺陷，并且能够形成二维RP型钙钛矿，可以有效减少缺陷浓度，显著减少暗电流浓度，并且提高CsPbBr3探测器性能，以便和后端成像面板兼容。
附图说明
图1为本发明实施例提供的三源共蒸制备CsPbBr3膜的方法的流程图；
图2为三源共蒸和双源共蒸CsPbBr3钙钛矿膜的电流-电压曲线图；
图3为通过本发明实施例所制备的CsPbBr3钙钛矿厚膜X射线探测器的响应图。
具体实施方式
本发明实施例通过提供一种三源共蒸制备CsPbBr3膜的方法，解决了现有技术中存在的技术问题。
本发明实施例中的技术方案为解决现有技术中存在的技术问题，总体思路如下：
利用多源热蒸发设备，通过调控蒸发电流的大小来控制PEABr、PbBr2和CsBr原料的蒸发速率，选择合适的PEABr速率，通过控制PbBr2和CsBr等摩尔比速率进行三源共蒸，做到一边蒸发，一边进行钝化处理，可以得到致密的低缺陷浓度的CsPbBr3厚膜，可以避免内部缺陷过多而导致暗电流过大情况的发生，提高了CsPbBr3探测器性能。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
参见图1，本发明实施例提供的三源共蒸制备CsPbBr3膜的方法，包括：
步骤S110：分别同时蒸发PEABr、CsBr和PbBr2原料；
对本步骤进行具体说明，分别同时蒸发PEABr、CsBr和PbBr2原料，包括：
取CsBr和PbBr2原料分别放在蒸发设备的两个蒸发舟内，取PEABr原料放到蒸发设备的坩埚内，将基底固定在蒸发舟上方的蒸发腔内；
对蒸发腔抽真空；
打开加热功能，分别通过调节加在蒸发舟上的电流大小，来控制CsBr和PbBr2原料上方晶振显示的蒸发速率；通过调节加在坩埚上的电流，来控制PEABr原料的蒸发速率；
当蒸发速率稳定后，打开基底挡板，进行基底旋转。
为了避免原料吸附水分，从而得到高质量的CsPbBr3膜，在取CsBr和PbBr2原料分别放在蒸发设备的两个蒸发舟内，取PEABr原料放到蒸发设备的坩埚内之前，还包括：
将PEABr、CsBr和PbBr2原料放在手套箱里面，并利用热台进行130℃烘烤30min，除去吸附的水分。
具体地，对蒸发腔抽真空，包括：
关闭仓门，通过调控机械泵和分子泵，将蒸发腔内真空抽到5*10-4Pa。
步骤S120：通过称量蒸发前后基底的质量，计算出蒸发到基底上原料的质量；
步骤S130：通过计算得到的原料的质量标定PEABr、CsBr和PbBr2原料的实际蒸发速率，进行三源共蒸，得到CsPbBr3厚膜。
对本步骤进行具体说明，通过计算得到的原料的质量标定PEABr、CsBr和PbBr2原料的实际蒸发速率，包括：
通过公式V1PEABr＝(m1-m0)/(MPEABr*S*T)计算得到PEABr原料的实际蒸发速率；其中，m1为蒸发后的基底质量，m0为蒸发前的基底质量，m1-m0即为蒸到基底上原料的质量，MPEABr为PEABr原料的相对原子质量，S为基底的面积，T为蒸发时间；
通过公式V1 CsBr＝(m1-m0)/(M CsBr*S*T)计算得到CsBr原料的实际蒸发速率；其中，M CsBr为CsBr原料的相对原子质量；
通过公式V1PbBr2＝(m1-m0)/(M PbBr2*S*T)计算得到PbBr2原料的实际蒸发速率；其中，M PbBr2为PbBr2的相对原子质量。
在本实施例中，S为25-81cm2，T为5-25min，M CsBr为212.81，M PbBr2为367.01。
进行三源共蒸，得到CsPbBr3厚膜，包括：
获得蒸发设备显示的实时蒸发速率；
对实时蒸发速率和原料的实际蒸发速率进行线性拟合，得到拟合后的蒸发速率；
对CsBr和PbBr2原料以等摩尔比的蒸发速率蒸发，使CsBr和PbBr2原料拟合后的蒸发速率相等；
通过调节加在坩埚上的电流，来控制PEABr原料的蒸发速率，进行三源共蒸，得到CsPbBr3厚膜。
具体地，通过几次上面步骤，拟合之后的CsBr原料的曲线为V1 CsBr＝a*V0 CsBr+b，其中，a和b为线性拟合之后的常数，V0 CsBr为蒸发设备显示的CsBr原料的蒸发速率。拟合之后的PbBr2原料的曲线为V1 PbBr2＝c*V0 PbBr2+d。其中，c和d为线性拟合之后的常数，V0 PbBr2为蒸发设备显示的PbBr2原料的蒸发速率。标定完成后，CsBr和PbBr2原料以等摩尔比的蒸发速率蒸发，通过V1 CsBr＝V1 PbBr2，得到显示的蒸发速率V0 CsBr和V0 PbBr2。通过调节加在坩埚上的电流，来控制PEABr原料的显示蒸发速率
Figure BDA0004076175970000061
当蒸发速率稳定后，打开基片挡板，进行三源共蒸25-60min，可以得到低缺陷浓度的CsPbBr3膜。
对本发明实施例进行具体说明，在得到CsPbBr3厚膜之后，还包括：
对得到的CsPbBr3膜蒸镀100nm的金。
在本实施例中，蒸发舟为钼舟、钽舟、钨舟。坩埚为石英坩埚或氮化硼坩埚。基底为FTO玻璃、ITO玻璃、互补型金属氧化物(CMOS)阵列或薄膜晶体管(TFT)阵列。
如图2所示，三源共蒸和双源共蒸CsPbBr3膜的电流电压曲线，三源共蒸的CsPbBr3膜暗电流更小。如图3所示，通过本发明实施例三源共蒸所制备的X射线探测器具有良好的射线响应。
本发明实施例通过控制PEABr、PbBr2和CsBr原料的蒸发速率，使其充分反应沉积在基底上，蒸发反应的同时进行钝化缺陷，可以有效减少缺陷，得到致密低缺陷浓度的CsPbBr3厚膜，获得低暗电流的X射线探测器。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种三源共蒸制备CsPbBr3膜的方法，其特征在于，包括：
分别同时蒸发PEABr、CsBr和PbBr2原料；
通过称量蒸发前后基底的质量，计算出蒸发到基底上所述原料的质量；
通过计算得到的原料的质量标定所述PEABr、CsBr和PbBr2原料的实际蒸发速率，进行三源共蒸，得到CsPbBr3厚膜。
2.如权利要求1所述的三源共蒸制备CsPbBr3膜的方法，其特征在于，所述分别同时蒸发PEABr、CsBr和PbBr2原料，包括：
取所述CsBr和PbBr2原料分别放在蒸发设备的两个蒸发舟内，取所述PEABr原料放到所述蒸发设备的坩埚内，将所述基底固定在所述蒸发舟上方的蒸发腔内；
对所述蒸发腔抽真空；
打开加热功能，分别通过调节加在所述蒸发舟上的电流大小，来控制所述CsBr和PbBr2原料上方晶振显示的蒸发速率；通过调节加在所述坩埚上的电流，来控制所述PEABr原料的蒸发速率；
当所述蒸发速率稳定后，打开基底挡板，进行基底旋转。
3.如权利要求2所述的三源共蒸制备CsPbBr3膜的方法，其特征在于，在所述取所述CsBr和PbBr2原料分别放在蒸发设备的两个蒸发舟内，取所述PEABr原料放到所述蒸发设备的坩埚内之前，还包括：
将所述PEABr、CsBr和PbBr2原料放在手套箱里面，并利用热台进行130℃烘烤30min，除去吸附的水分。
4.如权利要求2所述的三源共蒸制备CsPbBr3膜的方法，其特征在于，所述对所述蒸发腔抽真空，包括：
通过调控机械泵和分子泵，将所述蒸发腔内真空抽到5*10-4Pa。
5.如权利要求1所述的三源共蒸制备CsPbBr3膜的方法，其特征在于，所述通过计算得到的原料的质量标定所述PEABr、CsBr和PbBr2原料的实际蒸发速率，包括：
通过公式V1PEABr＝(m1-m0)/(MPEABr*S*T)计算得到所述PEABr原料的实际蒸发速率；其中，m1为蒸发后的基底质量，m0为蒸发前的基底质量，MPEABr为所述PEABr原料的相对原子质量，S为所述基底的面积，T为蒸发时间；
通过公式V1CsBr＝(m1-m0)/(M CsBr*S*T)计算得到所述CsBr原料的实际蒸发速率；其中，MCsBr为所述CsBr原料的相对原子质量；
通过公式V1PbBr2＝(m1-m0)/(M PbBr2*S*T)计算得到所述PbBr2原料的实际蒸发速率；其中，M PbBr2为所述PbBr2的相对原子质量。
6.如权利要求1所述的三源共蒸制备CsPbBr3膜的方法，其特征在于，所述进行三源共蒸，得到CsPbBr3厚膜，包括：
获得所述蒸发设备显示的实时蒸发速率；
对所述实时蒸发速率和所述原料的实际蒸发速率进行线性拟合，得到拟合后的蒸发速率；
对所述CsBr和PbBr2原料以等摩尔比的蒸发速率蒸发，使所述CsBr和PbBr2原料拟合后的蒸发速率相等；
通过调节加在所述坩埚上的电流，来控制所述PEABr原料的蒸发速率，进行三源共蒸，得到所述CsPbBr3厚膜。
7.如权利要求1-6中任一项所述的三源共蒸制备CsPbBr3膜的方法，其特征在于，在所述得到CsPbBr3厚膜之后，还包括：
对得到的CsPbBr3膜蒸镀100nm的金。
8.如权利要求2-6中任一项所述的三源共蒸制备CsPbBr3膜的方法，其特征在于，所述蒸发舟为钼舟、钽舟、钨舟。
9.如权利要求2-6中任一项所述的三源共蒸制备CsPbBr3膜的方法，其特征在于，所述坩埚为石英坩埚或氮化硼坩埚。
10.如权利要求1-6中任一项所述的三源共蒸制备CsPbBr3膜的方法，其特征在于，所述基底为FTO玻璃、ITO玻璃、互补型金属氧化物阵列或薄膜晶体管阵列。
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