技术摘要：
本发明公开了一种以钙钛矿材料为基础的集成电路及其制备方法，所述集成电路包括电源和器件层，电源为器件层提供电能；所述电源由N个钙钛矿太阳能电池串联组成，N为≥1的自然数，N个钙钛矿太阳能电池共用一个钙钛矿吸收层；所述器件层中的器件固定设置在电源的钙钛矿吸  全部
背景技术：
】 随着科技进步经济快速发展，全球已经进入了微电子时代，集成电路已经成为各 类电子产品不可缺少的一部分。发展高效可用的集成电路是电子元件走向微小型化、低功 耗、智能化和高可靠性基本前提。从1942年世界上第一台巨型电子计算机到现在各种微型 电子产品内置的集成电路或者芯片，均是集成电路快速发展的结果。 目前，小型化的集成电路主要是制备在硅等传统半导体晶圆上。然而，传统半导体 制备工艺复杂，制备成本较高。因此，开发新型低廉高效半导体材料用于集成电路制备是实 现低成本集成电路广泛推广应用的技术基础。近年来，一种基于ABX3结构的新型钙钛矿半 导体材料由于具大的吸光系数，高的载流子迁移率和长的载流子扩散长度等优异的性质实 现了最高认证效率已达到了24.2％光电转换效率。除了太阳能电池，该类钙钛矿吸收层在 其他器件研究中，如激光器、探测器和LED等中也实现了较高的性能。更重要的是，钙钛矿制 备工艺简单，成本低廉，结合其优异的光电特性，使得钙钛矿吸收层在制备高性能集成电路 方面具有光明的前景和优势。 传统集成电路工作时都需要外部提供电压，对器件集成和使用带来不便。而如果 将工作电压源与集成电路集成在一起，那么就可以实现集成电路自供电压工作，并且可以 通过外部光照控制集成电路上的电压源，进而更容易实现光通讯。一般来说，只要给集成电 路提供电压(无需提供电流)，集成电路便可以工作。而结合钙钛矿优异的光电特性，很容易 实现可以提供电压的电池。 【
技术实现要素：
】 本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种以钙钛矿材料为基础的集 成电路及其制备方法，用于解决将钙钛矿太阳能电池和传统的集成电路结合的技术问题。 为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现： 一种以钙钛矿材料为基础的集成电路，包括电连接的电源和器件层；所述电源由N 个钙钛矿太阳能电池串联组成，N为≥1的自然数，N个钙钛矿太阳能电池共用一个钙钛矿吸 收层；所述器件层包括器件和平面型光探测器，器件和平面型光探测器均固定设置在钙钛 矿吸收层上；器件和钙钛矿太阳能电池电连接，平面型光探测器和钙钛矿太阳能电池电连 接。 本发明的进一步改进在于： 优选的，所述钙钛矿吸收层为钙钛矿薄膜、钙钛矿单晶或钙钛矿单晶薄片。 优选的，所述钙钛矿薄膜的厚度≤1mm；所述钙钛矿单晶的尺寸≥1μm，钙钛矿单晶 在放大倍数1000倍以上能看出晶粒或缺陷；所述钙钛矿单晶薄片的厚度范围为1nm-5mm，钙 4 CN 111554814 A 说　明　书 2/19 页 钛矿单晶薄片在放大倍数1000倍以上能看出晶粒或缺陷。 优选的，所述钙钛矿太阳能电池为平面型钙钛矿太阳能电池或堆叠型钙钛矿太阳 能电池；所述平面型钙钛矿太阳能电池的正电极和负电极在钙钛矿吸收层的同一侧；所述 堆叠型钙钛矿太阳能电池的正电极和负电极分别在钙钛矿吸收层的两侧。 优选的，所述平面型钙钛矿太阳能电池的正电极和负电极直接堆叠在钙钛矿吸收 层上，正电极和负电极为两种类型的电极材料；钙钛矿吸收层的下表面固定连接有基底。 优选的，所述平面型钙钛矿太阳能电池的正电极和钙钛矿吸收层之间设置有空穴 传输层；钙钛矿吸收层的下表面固定连接有基底。 优选的，所述平面型钙钛矿太阳能电池的负电极和钙钛矿吸收层之间设置有电子 传输层；电子传输层和空穴传输层之间有缝隙；钙钛矿吸收层的下表面固定连接有基底。 优选的，所述平面型钙钛矿太阳能电池的负电极堆叠在钙钛矿吸收层上；负电极 和空穴传输层之间有缝隙；钙钛矿吸收层的下表面固定连接有基底。 优选的，所述平面型钙钛矿太阳能电池的负电极和钙钛矿吸收层之间设置有电子 传输层，正电极堆叠在钙钛矿吸收层上；正电极和电子传输层之间有缝隙；钙钛矿吸收层的 下表面固定连接有基底。 优选的，所述平面型钙钛矿太阳能电池的电极为平行对电极或叉指电极。 优选的，钙钛矿太阳能电池的钙钛矿吸收层上表面涂覆有发光材料。 优选的，所述发光材料为上转换发光材料、下转换发光材料或长余辉发光材料。 优选的，所述器件层包括电压输入端口和信号输出端口；电压输入端口和电源连 接，器件层通过信号输出端口向外输出信号； 平面型光探测器通过引线和电压输入端口及信号输出端口连接；器件通过引线和 电压输入端口及信号输出端口连接。 优选的，所述器件包括电阻、电容，电感，二极管、三极管、逻辑电路、放大电路、晶 体管、微电路、微芯片和芯片中的任意一种或几种。 优选的，所述电源的开路电压大于1伏。 一种以钙钛矿材料为基础的集成电路的制备方法，包括以下步骤： 步骤1，清洗钙钛矿吸收层； 步骤2，在清洗后的钙钛矿吸收层上制备N个钙钛矿太阳能电池的电极，串联N个钙 钛矿太阳电池，形成电源； 步骤3，通过真空热蒸法、喷镀或光刻方法，在钙钛矿吸收层上制备若干个阵列的 平面型光探测器； 步骤4，在钙钛矿吸收层上固定设置器件； 步骤5，通过真空热蒸法、喷镀或光刻方法在平面型光探测器之间制备引线，每一 个平面型光探测器和引线连接，每一个器件和引线连接，形成器件层； 步骤6，将器件层和电源电连接；完成以钙钛矿材料为基础的集成电路。 优选的，步骤2在制备电极前，制备N个钙钛矿太阳电池的空穴传输层或/和电子传 输层，所述N个钙钛矿太阳电池的结构相同。 优选的，步骤4中通过真空热蒸法、喷镀或光刻方法制备引线，制备引线的过程为 先制备列引线、再制备覆盖列引线的绝缘层，再在绝缘层上制备行引线；所述引线为金材 5 CN 111554814 A 说　明　书 3/19 页 质； 每一个平面型光探测器同时和一个行引线及一个列引线连接，每一个器件同时和 一个行引线及一个列引线连接。 优选的，步骤5中，将电源和器件层电连接后，在钙钛矿太阳电池和器件层以外的 区域涂布发光材料。 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： 本发明公开了一种以钙钛矿材料为基础的集成电路，本发明首次将钙钛矿太阳能 电池直接作为集成电路的电源，工艺简单，成本低廉，性能优异；该集成电路自带可供电的 钙钛矿电池，无需外部偏压即可工作。此外，可以通过将多个电池串联，获得不同的电压的 电池组，满足不同集成电路工作时对电压值的需要。 进一步的，该钙钛矿吸收层能够为常用的钙钛矿薄膜，也能够是钙钛矿单晶或钙 钛矿单晶薄膜，当使用钙钛矿单晶或钙钛矿单晶薄膜时，整个电路的光电特性更为优异。 进一步的，所述钙钛矿薄膜的厚度≤1mm，如果太厚，光生载流子无法有效导出到 电极，影响器件性能。所述钙钛矿单晶的尺寸≥1μm，防止因为钙钛矿薄膜厚度偏薄，不能吸 收足够的光。所述钙钛矿单晶薄片的厚度范围为1nm-5mm，如果太厚，光生载流子无法有效 导出到电极，影响器件性能，如果单晶薄片太薄，不能吸收足够的光，因此设置该厚度为合 适的厚度。 进一步的，该钙钛矿太阳能电池的正电极和负电极在材料层的同一侧，相对于现 有普通堆叠型的钙钛矿太阳能电池，该结构的钙钛矿太阳能电池在应用过程中占用体积 小，易于应用在不同的环境中；该结构的电池制备工艺简单，容易集成，成本较低，易于大规 模制备；尤其是针对钙钛矿单晶，可以满足的单晶厚度范围更宽，受钙钛矿单晶厚度限制较 小。 进一步的，因为钙钛矿吸收层本身具有空穴传输层和电子传输层的作用，使得该 平面型钙钛矿太阳能电池的形式具有多种形式；即钙钛矿吸收层作为空穴传输层或电子传 输层，或者是同时为空穴传输层或电子传输层；当钙钛矿吸收层同时为空穴传输层或电子 传输层时，正负电极需为不同的材料，保证电场的形成及电荷的正常传输。 进一步的，该钙钛矿太阳能电池中的钙钛矿吸收层上能够涂覆有发光材料，调节 光的强弱、颜色、开和关来控制集成电路的工作模式，具体来说，通过对光的开和关，来控制 电池能否工作产生偏压，继而控制集成电路能否得到偏压后工作，继而可以实现光通讯技 术；该钙钛矿太阳能电池在钙钛矿吸收层上表面涂覆发光材料，使得该钙钛矿太阳能电池 本身能够带有光源体；发光材料能够使整个钙钛矿太阳能电池处于黑暗状态时，仍然能够 起到发光的作用；或者将吸收的红外光和紫外光转换成可见光为电池提供光照，使得钙钛 矿太阳能电池对弱光仍然具有很好的响应，因此钙钛矿吸收层为集成电路在弱光的环境中 也可以供电工作，提高集成电路工作能力。 进一步的，发光材料为上转换发光材料或下转换发光材料，这两种材料能够将吸 收的红外光和紫外光转换成可见光为电池提供光照，以拓宽钙钛矿吸光范围，对于钙钛矿 太阳能电池的吸光范围，由钙钛矿太阳材料上涂覆的上转换发光材料或下转换发光材料本 身的性质决定。 进一步的，发光材料为长余辉发光材料，附带有长余辉发光材料的钙钛矿太阳能 6 CN 111554814 A 说　明　书 4/19 页 电池，在黑暗环境中也能够发出光，使得钙钛矿太阳能电池在黑暗环境中借助于长余辉发 光材料发电，延长电池使用时间。 进一步的，该集成电路上的平面型光探测器能够对不同的光信号产生响应，并输 出相应的光电信号。 进一步的，该集成电路上能够安装常用集成电路的器件。 进一步的，由钙钛矿太阳能电池组成的电源开路电压需大于1伏，保证集成电路的 正常工作。 本发明还公开了一种以钙钛矿材料为基础的集成电路的制备方法，该制备方法首 次在钙钛矿吸收层上制备集成电路，制备过程中首先在单晶表面制备集成平面型太阳电 池，通过设计掩模板，使太阳电池串联在一起。根据电压需要，可以任意改变串联电池的个 数。同时，在钙钛矿单晶表面制备平面结构光探测器阵列。探测器两端接上平面型太阳电 池，太阳电池给探测器提供工作所需电压。同理，根据探测器工作需要，可以接上串联个数 不同的集成太阳电池。 【附图说明】 图1为本发明的实施例1电池结构图； 图2为本发明的实施例2电池结构图； 图3为本发明的实施例3电池结构图； 图4为本发明的实施例4电池结构图； 图5为本发明的实施例5电池结构图； 图6为本发明的实施例6电池结构图； 图7为本发明的实施例7电池结构图； 图8为本发明的实施例8电池结构图； 图9为本发明的实施例9电池结构图； 图10为本发明的实施例10电池结构图； 图11为本发明的实施例11电池结构图； 图12为本发明的实施例12电池结构图； 图13为本发明的实施例13电池结构图； 图14为本发明的实施例14电池结构图； 图15为本发明的实施例15电池结构图； 图16为本发明的实施例16电池结构图； 图17为本发明的发光材料涂覆在钙钛矿吸收层上的原理图； 其中，(a)图为上转换发光材料或下转换发光材料；(b)图为长余辉发光材料； 图18为本发明的钙钛矿太阳能电池和器件层形成集成电路的原理图； 图19为本发明的堆叠型钙钛矿太阳能电池和器件层形成集成电路的剖视图； 图20为本发明的平面型钙钛矿太阳能电池和器件层形成集成电路的剖视图； 图21为本发明的钙钛矿太阳能电池和器件层形成集成电路的结构示意图； 其中：1-钙钛矿吸收层；2-钙钛矿太阳能电池；3-电源输入线；4-信号输出线；5-引 线；6-平面型光探测器；7-电压输入端口；8-信号输出端口；9-电源；10-器件层；11-行引线； 7 CN 111554814 A 说　明　书 5/19 页 12-列引线；13-器件。 【