利用量子点和钙钛矿混合物作为集光体的光电探测器制造技术

宽能带光电探测器利用钙钛矿混合物材料和量子点作为集光体。具体地，配置光电探测器，使得量子点层的表面上的结构缺陷被钙钛矿混合物材料钝化。结果，减少了量子点材料的表面上的陷获态，允许显著降低量子点材料中的泄漏电流。如此，光电探测器能够实现宽能带操作，具有增强的光响应率和可探测率。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请要求2015年8月31日提交的美国临时申请号62/212,002的权益，其全部内容通过引用并入本文。对于联邦政府资助的研究或开发的声明本专利技术是在美国国家科学基金授予的合同号1351785下的政府支持作出的。政府拥有本专利技术中某些权利。
一般地，本专利技术的实施方式涉及光电探测器。具体地，本专利技术的实施方式涉及利用量子点集光材料的光电探测器。更具体地，本专利技术的实施方式涉及利用被钙钛矿混合物材料钝化的量子点集光材料的光电探测器。
技术介绍
在紫外-可见(UV-vis)至红外(IR)光谱中光学传感对各种活动是重要的，包括监测和遥感、光纤通信、日间/夜间监视、和医学成像。目前，为了实现这样的传感，需要单独的传感器和/或材料来探测UV-vis至IR波长光谱或范围内的不同子能带。例如，AlGaN、Si、InGaAs和PbS基光电探测器(PD)已经被用于覆盖在250nm至2600nm之间的波长发生的光谱响应。然而，这样的PD需要在低温下操作，诸如在InGaAs基光电探测器情况中4.2开尔文度，例如，以达到高水平的探测灵敏度。为了避免这样的低温操作需求，已经给予极大的关注以开发硫化铅(PbS)量子点(QD)基光电探测器(PD)，在下文被称为PbSQD基PD。例如，由PbSQD基PD已经实现超过103A/W的响应率(R)同时大约1013琼斯(1琼斯＝1cmHz1/2W-1)的可探测率(D*)。另外，由掺入高度导电石墨烯作为集光体(lightharvester)的PbSQD基PD进一步实现了大约107A/W的响应率(R)。然而，在两种情况中均利用平的薄膜晶体管(TFT)器件结构，其导致对对高驱动电压和慢响应时间的需求，其是大的横向电极间距(大于50μm)的结果，需要该间距用于降低暗电流和用于保持TFT中高的增益。这样的PbSQD光电探测器的这些限制基本上限制它们在日间/夜间监视和化学/生物传感中的应用，在这些应用中，高速和低功率(例如低电压)操作是期望的。鉴于当前的PbSQD基光电探测器的这些缺点，开发使用低驱动电压的具有垂直器件结构的PbSQD基光电探测器将是期望的。遗憾地，由于PbSQD的差的导电率，已经限制这样的PbSQD的开发，这是由PbSQD的表面上大量陷获态的存在引起的。为了实现高性能PbSQD基光电探测器操作，在这样的光电探测器中的陷获态需要被最小化或消除，由于陷获态为与PbSQD的载流子复合提供众多位点，同时还导致大的泄漏电流，该泄漏电流导致低的可探测率。因此，存在对这样的光电探测器的需要：其通过在PbSQD的带隙中填充难以进入(hardtoaccess)的位点消除或降低引起PbSQD中的陷获态的结构缺陷。另外，存在对这样的光电探测器的需要：其在降低的温度，诸如室温，以及低功率下操作，用于UV-vis(紫外可见)至IR(红外)之间的光谱中的波长的光学探测。还存在对这样的光电探测器的需要：其具有与无机光电探测器的操作性能类似的操作性能，但是其能够在室温下操作。此外，存在对这样的光电探测器的需要：其利用配置有垂直器件结构的PbSQD。
技术实现思路
根据前述，本专利技术的实施方式的一个方面是提供光电探测器，其包括至少部分透光的第一电极；邻接第一电极放置的量子点层；直接邻接量子点层放置的钙钛矿混合物层；和邻接钙钛矿混合物层放置的第二电极。本专利技术的实施方式的另一方面是提供形成光电探测器的方法，其包括提供第一至少部分透光的电极；提供邻接第一电极的量子点层；提供直接邻接量子点层的钙钛矿混合物层；和提供邻接所述钙钛矿混合物层的第二电极。附图说明根据下面的描述、所附权利要求和附图，将更好地理解本专利技术的这些和其它特征和优点，其中：图1A是根据本专利技术的一个或多个实施方式的概念的具有ITO/PEDOT:PSS/PbSQD/CH3NH3PbI3/PC61BM/Al的构造的光电探测器的示意图；图1B是根据本专利技术的一个或多个实施方式的概念的图1A的光电探测器中每一层的截面扫描电子显微镜(SEM)图像；图1C是显示根据本专利技术的一个或多个实施方式的概念的图1A的光电探测器的各种结构层的逸出功(workfunction)的图，其包括PEDOT:PSS、Al，PbSQD、CH3NH3PbI3和PC61BM的HOMO、LUMO能级；图2A是PbSQD的透射电子显微镜图像；图2B是显示根据本专利技术的一个或多个实施方式的概念的原始的PbSQD薄膜、原始CH3NH3PbI3薄膜和PbSQD/CH3NH3PbI3薄膜的吸收光谱的图；图2C是显示ITO/PEDOT:PSS/PbSQD/PC61BM/Al的J-V特性的图，其中PbSQD具有不同的厚度；图3是显示根据本专利技术的一个或多个实施方式的概念的具有下面构造的光电探测器的EQE光谱的图：ITO/PEDOT:PSS/PbSQD/PC61BM/Al的构造(PbQD基PD)、ITO/PEDOT:PSS/CH3NH3PbI3/PC61BM/Al的构造(CH3NH3PbI3基PD)、和ITO/PEDOT:PSS/PbSQD/CH3NH3PbI3/PC61BM/Al的构造(PbSQD/CH3NH3PI3基PD)；图4A是显示具有PEDOT:PSS/PbSQD/PC61BM/Ca/Al的构造的光电探测器的能级排列的图；图4B是显示根据本专利技术的一个或多个实施方式的概念的具有PEDOT:PSS/PbSQD/CH3NH3PbI3/Ca/Al的构造的光电探测器的能级排列的图；图4C是PbSQD/PC61BM双端光电探测器的Mott-Schottky图；图4D是根据本专利技术的一个或多个实施方式的概念的PbSQD/CH3NH3PbI3双端光电探测器的Mott-Schottky图；图4E是显示根据本专利技术的一个或多个实施方式的概念的PbSQD/PC61BM和PbS/CH3NH3PbI3的能态密度光谱的图；图5是显示根据本专利技术的一个或多个实施方式的概念的ITO/PEDOT:PSS/PbSQD/PC61BM/Al光电探测器和ITO/PEDOT:PSS/PbSQD/CH3NH3PbI3/PC61BM/Al光电探测器的光电流密度对光强度的图；图6A是显示根据本专利技术的一个或多个实施方式的概念的在黑暗下和在以具有0.80mW/cm2和0.70mW/cm2的光强度的500nm和900nm的波长的单色光照射下ITO/PEDOT:PSS/PbSQD/CH3NH3PbI3/PC61BM/Al光电探测器的J-V特性的图；图6B是显示在黑暗下和在以具有0.80mW/cm2和0.70mW/cm2的光强度的500nm和900nm的波长的单色光照射下ITO/PEDOT:PSS/PbSQD/PC61BM/Al光电探测器的J-V特性的图；图6C是显示根据本专利技术的一个或多个实施方式的概念的ITO/PEDOT:PSS/PbSQD/PC61BM/Al光电探测器和ITO/PEDOT:PSS/PbSQD/CH3NH3PbI3/PC61BM/Al光电探测器的可探测率对波长的图；图6D是显示根据本专利技术的一个或多个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电探测器，其包括：至少部分透光的第一电极；邻接所述第一电极放置的量子点层；直接邻接所述量子点层放置的钙钛矿混合物层；和邻接所述钙钛矿混合物层放置的第二电极。

【技术特征摘要】
2015.08.31 US 62/212,0021.一种光电探测器，其包括：至少部分透光的第一电极；邻接所述第一电极放置的量子点层；直接邻接所述量子点层放置的钙钛矿混合物层；和邻接所述钙钛矿混合物层放置的第二电极。2.根据权利要求1所述的光电探测器，其中所述第一电极包括氧化铟锡(ITO)。3.根据权利要求1所述的光电探测器，其中所述量子点层包括硫化铅(PbS)量子点。4.根据权利要求1所述的光电探测器，其中所述钙钛矿混合物层包括CH3NH3PbI3。5.根据权利要求1所述的光电探测器，其中所述第二电极包括低逸出功金属。6.根据权利要求5所述的光电探测器，其中所述低逸出功金属包括Al或Ca。7.根据权利要求1所述的光电探测器，进一步包括放置在所述第一电极和所述量子点层之间的第一缓冲层。8.根据权利要求7所述的光电探测器，其中所述第一缓冲层包括PEDOT:PSS。9.根据权利要求1所述的光电探测器，进一步包括放置在所述第二电极和所述钙钛矿层之间的第二缓冲层。10.根据权利要求9所述的光电探测器，其中所述第二缓冲层包括PC61BM。11.根据权利要求9所述的光电探测器，其中所述第二缓冲层包括n-型有机半导体材料。12.根据权利要求1所述的光电探测器，其中所述第一电极、所述量子点层、所述钙钛矿混合物层、和所述第二电极沿垂直轴布置。13.根据权利要求1所述的光电探测器，其中所述钙钛矿混合物层被溶处理。14.根据权利要求1所述的光电探测器，其中所述量子点层包括多个量...

【专利技术属性】
技术研发人员：巩雄，刘畅，
申请(专利权)人：阿克伦大学，
类型：发明
国别省市：美国;US