一种基于ZnO/CsPbBr3/MoO3结构的纯无机光电探测器制造技术

本发明专利技术提出了一种FTO/ZnO纳米棒/CsPbBr3/MoO3/Au结构的纯无机自驱动光电探测器及其制备方法，其具体结构为FTO衬底层，ZnO纳米棒为电子传输层，CsPbBr3钙钛矿为吸光层，半导体氧化物MoO3为空穴传输层，金属电极是由Au组成。采用旋涂、水浴、两步法合成、蒸镀等方法制备。本发明专利技术利用了ZnO纳米棒/CsPbBr3形成的全无机异质结结构及以半导体氧化物MoO3为空穴传输层，使本发明专利技术具有高稳定性和低廉成本，且响应度和探测度分别为0.45A/W和1.76×10

A pure inorganic Photodetector Based on ZnO/CsPbBr3/MoO3 structure

The invention provides a pure inorganic FTO/ZnO nanorods /CsPbBr3/MoO3/Au structure of self driving photoelectric detector and a preparation method thereof, the specific structure for the FTO substrate, ZnO nanorods as electron transport layer, CsPbBr3 perovskite as the light absorbing layer, semiconductor oxide MoO3 as hole transporting layer, the metal electrode is composed of Au. The method was prepared by spin coating, water bath, two step synthesis, evaporation and other methods. The invention uses the ZnO nanorod formation of /CsPbBr3 inorganic heterojunction structure and semiconductor oxide MoO3 as hole transport layer, so that the invention has the advantages of high stability and low cost, and the responsivity and detectivity were 0.45A/W and 1.76 * 10

【技术实现步骤摘要】
一种基于ZnO/CsPbBr3/MoO3结构的纯无机光电探测器
本专利技术涉及半导体纳米材料以及光电探测器
，尤其是涉及一种基于ZnO/CsPbBr3/MoO3结构的自驱动高稳定性纯无机钙钛矿材料的光电探测器。
技术介绍
有机无机杂化卤化铅钙钛矿材料近年来引起了广泛的关注，它们具有较大的吸收系数，长的载流子寿命和扩散长度，因而在太阳能电池、LED、光电探测器和激光器中都有较多应用。然而，较差的稳定性使得有机无机杂化卤化铅钙钛矿在空气中水、氧分子的影响下很容易分解，限制了其在光电器件中的发展[1]。而纯无机钙钛矿材料被证明具有更高的化学稳定性和电学性能[2-4]，因此基于纯无机钙钛矿光电探测器的性能研究具有极大的研究意义，同时系统研究其稳定性具有重要的研究价值。【参考文献】[1]X.Tang,Z.Zu,H.Shao,W.Hu,M.Zhou,M.Deng,W.Chen,Z.Zang,T.ZhuandJ.Xue,Nanoscale,2016,8,15158.[2]R.J.Sutton,G.E.Eperon,L.Miranda,E.S.Parrott,B.A.Kamino,J.B.Patel,M.T.M.B.Johnston,A.A.Haghighirad,D.T.MooreandH.J.Snaith,Adv.EnergyMater.,2016,6,1502458.[3]X.Li,D.Yu,F.Cao,Y.Gu,Y.Wei,Y.Wu,J.SongandH.Zeng,Adv.Funct.Mater.,2016,26,5903.[4]M.Kulbak,S.Gupta,N.Kedem,I.Levine,T.Bendikov,G.HodesandD.Cahen,J.Phys.Chem.Lett.,2016,7,167.
技术实现思路
基于上述技术背景，本专利技术提供一种基于FTO/ZnO纳米棒/CsPbBr3/MoO3/Au结构的自驱动高稳定性纯无机光电探测器及其制备方法。本专利技术是这样实现的。它主要由透明导电玻璃、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层、金属电极组成，其中电子传输层由在ZnO种子层上生成的ZnO纳米棒构成，同时也是空穴阻挡层，钙钛矿吸光层是通过两步法合成的钙钛矿CsPbBr3构成，空穴传输层是由MoO3构成，同时也是电子阻挡层，金属电极为Au膜。本专利技术的具体制备流程和工艺如下：(1)分别用去离子水、丙酮、酒精超声透明导电玻璃FTO各15分钟，然后用紫外臭氧环境处理30分钟。(2)ZnO种子层采用旋涂的方法制备。用1.5M的醋酸锌溶液溶解在甲醇溶液中然后搅拌10分钟，采用5000r/min的转速旋涂在FTO上，时间为20秒。在100℃条件下烘干10min，再转移到马沸炉中进行退火，时间为2h。得到的ZnO种子层厚度大约20nm～50nm，30nm左右较佳。(3)ZnO纳米棒采用水浴法制备。用0.6g聚醚酰亚胺(PEI)加入到150ml去离子水中搅拌，然后加入50mmol/L六水硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)和30mmol/L六次甲基四胺(C6H12N4)，充分搅拌30分钟，将步骤(2)退火后的样品放入溶液中，在88.5度环境下反应10分钟，从溶液中取出来后将样品充分吹干。将ZnO纳米棒转移到马沸炉中进行退火，温度为300℃，时间为2h。得到的ZnO纳米棒的长度大约300nm～500nm，其中400nm左右较佳。(4)钙钛矿层的合成方法采用传统的两步法。先将1MPbBr2溶解在二甲亚枫DMSO中，在70℃条件下保温15h使之充分溶解，然后过滤备用；将CsBr溶解在甲醇溶液中搅拌30分钟备用；第一步将上述PbBr2溶液采用3000转30秒旋涂在ZnO纳米棒上，然后在热台上烤干，30分钟后进行第二步，在CsBr甲醇溶液中浸泡10分钟，然后250度烤干；(5)在钙钛矿层上再蒸镀空穴传输层。这里空穴传输材料采用MoO3，采用蒸镀的方法，蒸发速率为蒸镀的MoO3的厚度为5nm～30nm，其中12nm左右较佳；(6)最后的金电极采用蒸镀的方法，蒸发速率为蒸镀的Au电极的厚度为50nm～70nm.最佳厚度为60nm左右；(7)检测光电性能和稳定性后即得该产品。为了测试器件的稳定性，我们采用了以下四种方法：(1)测试器件在长时间光照下的光电流强度；(2)将器件长时间暴露在空气中且没有任何封装，每隔24小时，对器件的光电性能进行一次测试；(3)将器件加热到不同的温度，从50℃到100℃每10℃一个间隔，并分别测出每个温度下器件的光电性能；(4)测试器件的耐水性。首先将器件浸入乙醇溶液中，3秒后取出，发现器件的光电性能并没有明显的下降，于是尝试在乙醇溶液中加入一定量的去离子水。设置乙醇与酒精的溶液分别为9:1，8:2，7:3等，将器件浸入相同的时间并取出吹干测试。形貌和晶体结构采用场致发射扫描电子显微镜(SEM)(JSM-7100F)、X射线衍射(XRD)(BrukerD8AdvanceCuKaradiation)、紫外-可见(UV)分光光度计(UV3600)进行检测。探测器的光电性能采用相应的方法测试。这些测试分析结果分别列于附图中。本专利技术将ZnO纳米棒、CsPbBr3和MoO3有机结合起来，获得了一种高探测度、高响应度和具有较高稳定性的纯无机自驱动光电探测器。检测的高稳定性如下：光照20分钟后光电流几乎没有变化；在空气中保存30天后还保留有大于40％的光电流；在70℃下还具有100倍的开关比；可以浸入乙醇与去离子水体积比为8:2的混合溶液中，技术性能没有明显的降低。本专利技术的优点在于：(1)该方法操作步骤简单，实验成本低廉，且所制备的ZnO纳米棒/CsPbBr3异质结的整体结构清晰，ZnO纳米棒均匀整齐，同时具有较高的稳定性。众所周知，有机-无机杂化钙钛矿材料在空气中的稳定性差，空气中的水分子和氧分子使得钙钛矿容易分解，本专利技术采用纯无机的材料，而无机的钙钛矿材料则稳定性好。其次，本器件的空穴传输材料也采用了无机材料MoO3,比常用的空穴传输材料spiro-OMe-TAD易于成膜且价格低廉、环境友好。(2)器件的稳定性测试较为全面。分别测试了长时间光照对器件光电性能的影响，无任何封装暴露在空气中对器件光电性能，器件的耐热性，以及器件的耐水性均无较大影响。(3)器件具有自驱动的性能，不需要外部偏压来驱动，低功耗工作，节约能源。附图说明图1是本专利技术的结构图。图2是本专利技术的ZnO/钙钛矿层的SEM图。(a)、(b)分别为：ZnO纳米棒/钙钛矿的表面，ZnO纳米棒/钙钛矿的截面。图3是ZnO纳米棒和ZnO纳米棒/钙钛矿的UV吸收。图4是12nmMoO3厚度的探测器的I-V特性曲线。图5是12nmMoO3厚度的探测器的I-T特性曲线。图6是不同MoO3厚度的探测器的响应度曲线。图7是不同MoO3厚度的探测器的探测度曲线。其中结构图1中，1---FTO层，2---ZnO种子层，3---ZnO纳米棒层，4---CsPbBr3钙钛矿层，5---MoO3层，6---Au膜电极。具体实施方式下面通过实施例将能够更好地理解本专利技术。实施例1：12nm厚度MoO3探测器的制备的制备：(1)分别用去离子水、丙酮、酒精超声透明导电玻璃FTO各本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ZnO/CsPbBr3/MoO3结构的纯无机光电探测器，它主要由透明导电玻璃、具有空穴阻挡作用的ZnO纳米棒电子传输层、CsPbBr3无机钙钛矿吸光层、具有电子阻挡作用的MoO3空穴传输层、金属Au膜电极组成，其特征在于所述电子传输层ZnO纳米棒长度为300nm～500nm，ZnO纳米棒生长在ZnO种子层上，ZnO种子层厚度为20nm～50nm，所述吸光层CsPbBr3钙钛矿在ZnO纳米棒上面，所述空穴传输层MoO3的厚度为5nm～30nm，所述金属Au膜电极的厚度为50nm～70nm，所选材料全部是无机物材料。

【技术特征摘要】
1.一种基于ZnO/CsPbBr3/MoO3结构的纯无机光电探测器，它主要由透明导电玻璃、具有空穴阻挡作用的ZnO纳米棒电子传输层、CsPbBr3无机钙钛矿吸光层、具有电子阻挡作用的MoO3空穴传输层、金属Au膜电极组成，其特征在于所述电子传输层ZnO纳米棒长度为300nm～500nm，ZnO纳米棒生长在ZnO种子层上，ZnO种子层厚度为20nm～50nm，所述吸光层CsPbBr3钙钛矿在ZnO纳米棒上面，所述空穴传输层MoO3的厚度为5nm～30nm，所述金属Au膜电极的厚度为50nm～70nm，所选材料全部是无机物材料。2.根据权利要求1所述的一种基于ZnO/CsPbBr3/MoO3结构的纯无机光电探测器，其特征在于所述电子传输层ZnO纳米棒长度为400nm，ZnO纳米棒生长在ZnO种子层上，ZnO种子层厚度为30nm，所述吸光层CsPbBr3钙钛矿在ZnO纳米棒上面，所述空穴传输层MoO3的厚度为12nm，所述金属Au膜电极的厚度为60nm，所选材料全部是无机物材料。3.一种基于ZnO/CsPbBr3/MoO3结构的纯无机光电探测器的制备方法，其特征在于步骤如下：(1)FTO分别用去离子水、丙酮、酒精各超声15分钟，然后用紫外臭氧环境处理30分钟；(2)用旋涂制备ZnO种子层...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩，薛梦妮，周海，叶葱，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42