一种钙钛矿薄膜蓝光增益介质的制备方法技术

技术编号：44081232 阅读：3 留言：0更新日期：2025-01-17 16:14

本发明专利技术涉及一种钙钛矿薄膜蓝光增益介质的制备方法，包括如下步骤：S1、原料共混：将钙钛矿前驱体和聚丙烯腈(PAN)溶于超干二甲基亚砜中，得到混合溶液；其中，所述聚丙烯腈(PAN)与钙钛矿前驱体的质量比为(0.3‑0.4)：1；S2、旋涂成膜：取混合溶液于玻璃衬底上，在惰性气体环境下利用旋涂法旋涂成膜，得到钙钛矿薄膜蓝光增益介质。本发明专利技术的方法所制备的钙钛矿薄膜可实现低阈值、高光增益的蓝光激射，在高湿度环境下具有良好的稳定性。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于激光增益介质材料，尤其涉及一种钙钛矿薄膜蓝光增益介质的制备方法。

技术介绍

1、半导体激光器具有超小体积、高效率、低功耗、寿命长和高速调制等优点，广泛应用于光通信、光信息处理、激光显示和智能驾驶等领域。其中，半导体增益介质作为半导体激光器的核心组成部分，直接决定半导体激光器的性能。

2、目前商用的半导体激光器的增益介质一般为砷化镓(gaas)、磷化铟(inp)、氮化镓(gan)等iii-v族化合物半导体，其生长过程往往依赖于超高真空条件下的外延技术，生长条件苛刻，设备和能耗成本高。同时，外延生长依赖于晶格匹配，化合物半导体与常用的硅基衬底的晶格不匹配也极大地限制了半导体激光的发展。与之对应，铅卤钙钛矿薄膜具有高光增益、带隙可调、非外延生长和易与其他光电子器件集成等优势，是下一代低成本、高性能全色激光增益介质的有力竞争者。

3、因此，有必要针对铅卤钙钛矿这一技术路线提出一种可实现低阈值、高光增益的蓝光激射，同时具有良好稳定性的钙钛矿薄膜蓝光增益介质。这种钙钛矿薄膜蓝光增益介质专门设计用于蓝光区域的增益，在蓝光波段具有显著的光学增益特性，能够实现低阈值的蓝光激射或放大，这对于提高蓝光激光器的性能和稳定性具有重要意义。

技术实现思路

1、本专利技术的目的在于提供一种钙钛矿薄膜蓝光增益介质的制备方法，该方法所制备的钙钛矿薄膜可实现低阈值、高光增益的蓝光激射，在高湿度环境下具有良好的稳定性。

2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：</p>

3、一种钙钛矿薄膜蓝光增益介质的制备方法，包括如下步骤：

4、s1、原料共混：将钙钛矿前驱体和聚丙烯腈(pan)溶于超干二甲基亚砜中，得到混合溶液；其中，所述聚丙烯腈(pan)与钙钛矿前驱体的质量比为(0.3-0.4)：1；

5、s2、旋涂成膜：取混合溶液于玻璃衬底上，在惰性气体环境下利用旋涂法旋涂成膜，得到钙钛矿薄膜蓝光增益介质。

6、进一步的，所述钙钛矿前驱体由cscl、pbcl2和pbbr2组成。

7、进一步的，所述cscl、pbcl2和pbbr2的浓度比为4：1：3。例如，在本专利技术的实施例中cscl、pbcl2和pbbr2的浓度分别为0.12m、0.03m和0.09m。上述浓度仅为列举、并不构成对本专利技术钙钛矿前驱体浓度的具体限定。凡是在本专利技术的保护构思范围内，均属于本专利技术保护的范围。

8、进一步的，所述玻璃衬底为经过预处理后的玻璃衬底；

9、所述预处理方式为：玻璃衬底依次在丙酮、去离子水和无水乙醇中超声清洗30min，氮气枪吹干后放入氧等离子体机中表面处理10min。

10、进一步的，所述步骤s2的旋涂成膜过程在手套箱中进行，所述手套箱中充满氮气。

11、进一步的，所述步骤s2的旋涂成膜的条件参数为：转速2000转/分，旋涂时间为120s；旋涂结束后放置在100℃的加热板上退火10min。

12、进一步的，所述钙钛矿薄膜蓝光增益介质具有“聚丙烯腈-钙钛矿-聚丙烯腈”的对称波导结构。

13、进一步的，所述对称波导结构为旋涂钙钛矿薄膜过程中原位形成。

14、进一步的，所述聚丙烯腈的折射率小于钙钛矿，以增强光子的限制作用；所述钙钛矿薄膜蓝光增益介质可在21.9μj/cm2的低阈值激发条件下实现蓝光放大自发辐射。

15、本专利技术的有益效果：

16、(1)利用聚丙烯腈作为添加剂加入钙钛矿前驱体溶液中，通过一步旋涂法即可实现高质量钙钛矿薄膜的制备。其中，聚丙烯腈集中分布在薄膜的埋底界面和上表面，原位形成天然的“聚丙烯腈-钙钛矿-聚丙烯腈”的对称波导结构，增强薄膜对光子的限制作用。同时，聚丙烯腈基质对钙钛矿晶粒的原位配位包覆可以有效钝化钙钛矿中的缺陷的同时可以提升钙钛矿中的离子迁移势垒，增强光谱稳定性。此外，聚丙烯腈可以显著改善表面形貌、提升薄膜厚度，以达到降低散射损耗和增大模态约束的作用。最终钙钛矿薄膜可实现低阈值、高光增益的蓝光激射，在高湿度环境下具有良好的稳定性。

17、(2)通过在钙钛矿前驱体溶液中引入30％-40％质量分数的聚丙烯腈，一步旋涂钙钛矿薄膜过程中原位形成天然的“聚丙烯腈-钙钛矿-聚丙烯腈”三明治结构，由于聚丙烯腈折射率小于钙钛矿折射率，可以形成对称波导结构，增强光子的限制作用，提升钙钛矿薄膜的激射特性。

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【技术保护点】

1.一种钙钛矿薄膜蓝光增益介质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿薄膜蓝光增益介质的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿前驱体由CsCl、PbCl2和PbBr2组成。

3.根据权利要求2所述的一种钙钛矿薄膜蓝光增益介质的制备方法，其特征在于，所述CsCl、PbCl2和PbBr2的浓度比为4：1：3。

4.根据权利要求1所述的一种钙钛矿薄膜蓝光增益介质的制备方法，其特征在于，所述玻璃衬底为经过预处理后的玻璃衬底；

5.根据权利要求4所述的一种钙钛矿薄膜蓝光增益介质的制备方法，其特征在于，所述步骤S2的旋涂成膜过程在手套箱中进行，所述手套箱中充满氮气。

6.根据权利要求1所述的一种钙钛矿薄膜蓝光增益介质的制备方法，其特征在于，所述步骤S2的旋涂成膜的条件参数为：转速2000转/分，旋涂时间为120s；旋涂结束后放置在100℃的加热板上退火10min。

7.根据权利要求1所述的一种钙钛矿薄膜蓝光增益介质的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿薄膜蓝光增益介质具有“聚丙烯腈-钙钛矿-聚丙烯腈”的对称波导结构。

8.根据权利要求7所述的一种钙钛矿薄膜蓝光增益介质的制备方法，其特征在于，所述对称波导结构为旋涂钙钛矿薄膜过程中原位形成。

9.根据权利要求8所述的一种钙钛矿薄膜蓝光增益介质的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯腈的折射率小于钙钛矿，以增强光子的限制作用；

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【技术特征摘要】

1.一种钙钛矿薄膜蓝光增益介质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿薄膜蓝光增益介质的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿前驱体由cscl、pbcl2和pbbr2组成。

3.根据权利要求2所述的一种钙钛矿薄膜蓝光增益介质的制备方法，其特征在于，所述cscl、pbcl2和pbbr2的浓度比为4：1：3。

4.根据权利要求1所述的一种钙钛矿薄膜蓝光增益介质的制备方法，其特征在于，所述玻璃衬底为经过预处理后的玻璃衬底；

5.根据权利要求4所述的一种钙钛矿薄膜蓝光增益介质的制备方法，其特征在于，所述步骤s2的旋涂成膜过程在手套箱中进行，所述手套箱中充满氮气。

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【专利技术属性】
技术研发人员：陆国超，王昕洋，何海平，叶志镇，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：

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