柔性光电探测器阵列及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种柔性光电探测器阵列及其制备方法，其中，柔性光电探测器阵列，包括：衬底；金属电路，包含阵列化电极，位于衬底之上；表面亲/疏水性处理辅助层，位于金属电路上，具有与阵列化电极所在位置对应的空心区域，使该阵列化电极露出；感光层，位于表面亲/疏水性处理辅助层的空心区域内，并位于阵列化电极上；以及封装层，位于感光层和表面亲/疏水性处理辅助层上。该柔性光电探测器阵列具有良好的光响应性能、电学稳定性和耐弯折性能，各个阵列单元像素点之间没有串扰，可以独立显示光响应信号，可用于实现实时光追踪探测和光成像。

Flexible photodetector array and its preparation method

The invention discloses a flexible photodetector array and a preparation method thereof, in which the flexible photodetector array includes: a substrate; a metal circuit, comprising an array electrode, located on the substrate; a surface hydrophilic/hydrophobic treatment auxiliary layer, located on a metal circuit, has a hollow area corresponding to the position of the array electrode, so that the array electrode is exposed; It is located in the hollow area of the surface hydrophilic/hydrophobic treatment auxiliary layer and on the array electrode; and the packaging layer is located on the photosensitive layer and the surface hydrophilic/hydrophobic treatment auxiliary layer. The flexible photodetector array has good light response, electrical stability and bending resistance. There is no crosstalk between the pixels of each array unit. It can display the light response signal independently. It can be used to realize real-time light tracking detection and optical imaging.

【技术实现步骤摘要】
柔性光电探测器阵列及其制备方法
本公开属于光成像器件和纳米新能源
，涉及一种柔性光电探测器阵列及其制备方法。
技术介绍
随着柔性光电子工业的发展，柔性光电探测器由于在光通信、成像技术、环境监测等方面的应用，越来越受到人们的关注。在实际应用中，大规模集成的柔性光电探测器阵列才能满足新兴科技日益发展的需求。但是，基于传统半导体材料的光电探测器阵列存在性能差，无法在柔性基底上集成等问题。新型的钙钛矿材料由于其突出的光电特性成为组装柔性光电探测器阵列的很好选择。基于钙钛矿材料的柔性光电探测器阵列组装最大的挑战是利用合适的方法在柔性基底上合成阵列化的材料。到目前为止，已经报道了几种合成阵列化钙钛矿材料的方法，但是仍然存在许多缺点：(1)传统的一些合成方法，例如：化学气相沉积(CVD)、气相外延生长、模板法等，由于需要很高的温度和特殊基底，不适合应用于柔性器件的组装；(2)大规模阵列材料的合成位置无法精确控制，导致器件组装非常困难；(3)工艺复杂，在器件组装过程中不可避免的影响材料的光电特性。以上问题都极大地限制了基于钙钛矿材料的柔性光电探测器阵列的组装与应用。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本公开提供了一种柔性光电探测器阵列及其制备方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案根据本公开的一个方面，提供了一种柔性光电探测器阵列，包括：衬底；金属电路，包含阵列化电极，位于衬底之上；表面亲/疏水性处理辅助层，位于金属电路上，具有与阵列化电极所在位置对应的空心区域，使该阵列化电极露出；感光层，位于表面亲/疏水性处理辅助层的空心区域内，并位于阵列化电极上；以及封装层，位于感光层和表面亲/疏水性处理辅助层上。在本公开的一些实施例中，金属电路还包括：多个外接正极和外接负极，与阵列化电极中的每一个电极对应连接；该外接正极为一个公共正极，连接到所有的阵列化电极，该外接负极相互独立。在本公开的一些实施例中，表面亲/疏水性处理辅助层的厚度介于10nm～30nm之间，和/或，表面亲/疏水性处理辅助层的材料为绝缘性薄膜材料。在本公开的一些实施例中，阵列化电极中每个阵列单元的长度介于10μm～100μm之间，相邻两个阵列单元之间的间隙介于50μm～300μm之间。在本公开的一些实施例中，衬底为柔性耐高温透明衬底；和/或，衬底的厚度介于50μm～200μm之间；和/或，阵列化电极中的电极为叉指电极；和/或，封装层的材料为具有粘附性和可拉伸性的透明高分子有机材料。在本公开的一些实施例中，柔性耐高温衬底的耐高温范围为：100℃-300℃；和/或，所述衬底为聚对苯二甲酸类塑料或聚萘二甲酸乙二醇酯。在本公开的一些实施例中，感光层的材料为钙钛矿材料，包括如下材料中的一种或几种：CH3NH3PbI3、CH3NH3PbI3-xCl或CsPbBr3钙钛矿材料。根据本公开的另一个方面，提供了一种柔性光电探测器阵列的制备方法，该制备方法包括：在衬底上形成金属电路，该金属电路包含阵列化电极；在金属电路上沉积表面亲/疏水性处理辅助层，并进行疏水性、图案化、亲水性处理，使表面亲/疏水性处理层具有与阵列化电极所在位置对应的空心区域，使得阵列化电极露出，并在阵列化电极表面形成亲水性表面，在表面亲/疏水性处理辅助层表面形成疏水性表面；在表面亲/疏水性处理辅助层的空心区域内，并在阵列化电极表面形成感光层；以及在感光层和表面亲/疏水性处理辅助层上形成封装层。在本公开的一些实施例中，形成感光层的方法为：两步连续沉积法，该两步连续沉积法，包括：在经过表面亲/疏水处理的阵列化电极表面上旋涂第一前驱体，该第一前驱体的溶剂为疏水性溶剂，得到第一前驱体阵列；以及在第一前驱体阵列上旋涂第二前驱体，该第二前驱体与第一前驱体可共同合成钙钛矿材料，得到感光层。在本公开的一些实施例中，疏水性处理的方法为：将样品浸泡在十八烷基硅氧烷和正己烷的混合液中进行处理；和/或，亲水性处理的方法为：采用氧等离子体处理。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开提供的柔性光电探测器阵列及其制备方法，具有以下有益效果：在金属电路上形成表面亲/疏水性处理辅助层，然后在表面亲/疏水性处理辅助层上先后进行疏水性、图案化和亲水性处理，使得金属电路中的阵列电极露出，并在阵列化电极表面形成亲水性表面，在表面亲/疏水性处理辅助层表面形成疏水性表面，在阵列化电极上沉积钙钛矿材料形成感光层，对于制备条件非常苛刻的阵列化钙钛矿材料来说，疏水性/亲水性处理为钙钛矿材料提供了良好的生长环境，并且制备得到的钙钛矿薄膜致密并且形状规则，有利于合成大规模阵列和复杂图案的感光层，得到的柔性光电探测器阵列具有良好的光响应性能、电学稳定性和耐弯折性能，各个阵列单元像素点之间没有串扰，可以独立显示光响应信号，可用于实现实时光追踪探测和光成像。附图说明图1为根据本公开一实施例所示的柔性光电探测器阵列的结构示意图。图2为如图1所示的柔性光电探测器阵列的局部扫描电子显微镜照片。图3为根据本公开一实施例所示的柔性光电探测器阵列的制备方法流程图。图4为根据本公开一实施例所示的通过两步连续沉积法合成CH3NH3PbI3-xClx钙钛矿阵列的过程示意图。图5为根据本公开一实施例所示的通过两步连续沉积法在经过表面亲/疏水处理的PET衬底上制备的钙钛矿阵列的扫描电子显微镜照片。图6A为根据本公开一实施例所示的大规模钙钛矿阵列的光学照片。图6B为根据本公开一实施例所示的的钙钛矿薄膜组成的复杂图案的光学照片。图7为根据本公开一实施例所示的合成的钙钛矿材料的X射线衍射图谱。图8为根据本公开一实施例所示的柔性光电探测器阵列在不同强度的光(光照波长相等)照射下对应的电流-电压变化曲线。图9为根据本公开一实施例所示的柔性光电探测器阵列在同一电压下随着光强变化对应的开-关转换行为和响应时间曲线。图10为根据本公开一实施例所示的柔性光电探测器阵列随着光强增大对应的光电流和响应度的变化曲线。图11为根据本公开一实施例所示的柔性光电探测器阵列在不同波长的光(光照强度相等)的照射下对应的电流-电压变化曲线。图12为根据本公开一实施例所示的柔性光电探测器阵列在不同弯折角度下对应的暗电流和光照下的电流变化情况。图13为根据本公开一实施例所示的柔性光电探测器阵列经过不同的弯折次数之后的暗电流和光照下的电流变化情况。图14为根据本公开一实施例所示的柔性光电探测器阵列经过不同的弯折次数之后随着光强变化对应的开-关转换行为。图15为根据本公开一实施例所示的柔性光电探测器阵列多像素点同时测试的电路示意图。图16A为根据图15所示的柔性光电探测器阵列中10个像素点在光强的变化下对应的电压-时间变化情况。图16B为图16A对应的柔性光电探测器阵列加上掩膜之后10个像素点(像素点5和6之外的其他像素点都被掩盖)在光强的变化下对应的电压-时间变化情况。图17为根据本公开一实施例所示的柔性光电探测器阵列进行实时追踪光斑的示意图。图18为根据本公开一实施例所示的柔性光电探测器阵列进行光成像示意图。【符号说明】1-衬底；2-金属电路；21-阵列化电极；22-外接正极；23-外接负极；24-引线；3-表面亲/疏水性处理辅助层；31-空心区域；4-感光层；41-钙钛矿阵列；5-封装层。具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性光电探测器阵列，包括：衬底；金属电路，包含阵列化电极，位于所述衬底之上；表面亲/疏水性处理辅助层，位于所述金属电路上，具有与阵列化电极所在位置对应的空心区域，使该阵列化电极露出；感光层，位于所述表面亲/疏水性处理辅助层的空心区域内，并位于所述阵列化电极上；以及封装层，位于所述感光层和表面亲/疏水性处理辅助层上。

【技术特征摘要】
1.一种柔性光电探测器阵列，包括：衬底；金属电路，包含阵列化电极，位于所述衬底之上；表面亲/疏水性处理辅助层，位于所述金属电路上，具有与阵列化电极所在位置对应的空心区域，使该阵列化电极露出；感光层，位于所述表面亲/疏水性处理辅助层的空心区域内，并位于所述阵列化电极上；以及封装层，位于所述感光层和表面亲/疏水性处理辅助层上。2.根据权利要求1所述的柔性光电探测器阵列，其中，所述金属电路还包括：多个外接正极和外接负极，与阵列化电极中的每一个电极对应连接；所述外接正极为一个公共正极，连接到所有的阵列化电极，所述外接负极相互独立。3.根据权利要求1或2所述的柔性光电探测器阵列，其中，所述表面亲/疏水性处理辅助层的厚度介于10nm～30nm之间，和/或，所述表面亲/疏水性处理辅助层的材料为绝缘性薄膜材料。4.根据权利要求1至3中任一项所述的柔性光电探测器阵列，其中，所述阵列化电极中每个阵列单元的长度介于10μm～100μm之间，相邻两个阵列单元之间的间隙介于50μm～300μm之间。5.根据权利要求1至4中任一项所述的柔性光电探测器阵列，其中，所述衬底为柔性耐高温透明衬底；和/或，所述衬底的厚度介于50μm～200μm之间；和/或，所述阵列化电极中的电极为叉指电极；和/或，所述封装层的材料为具有粘附性和可拉伸性的透明高分子有机材料。6.根据权利要求5所述的柔性光电探测器阵列，其中，所述柔性耐高温衬底的耐高温范围为：100℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘曹峰，潘安练，吴文强，
申请(专利权)人：北京纳米能源与系统研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11