一种有机/钙钛矿体相异质结纳米线光电探测器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种有机/钙钛矿体相异质结纳米线光电探测器，包括基底、钙钛矿/2,7‑二辛基[1]苯并噻吩并[3,2‑b]苯并噻吩体相异质结纳米线光吸收层以及电极三部分。本发明专利技术的制备方法，包括以下步骤：基底准备与清洗、处理；配制钙钛矿材料溶液；配制钙钛矿/2,7‑二辛基[1]苯并噻吩并[3,2‑b]苯并噻吩混合材料前驱体溶液；使用旋涂、刮涂及印刷方式制备钙钛矿/2,7‑二辛基[1]苯并噻吩并[3,2‑b]苯并噻吩体相异质结纳米线，得到高质量光吸收层；采用蒸镀或印刷制备电极。本发明专利技术的产品具有响应时间快、光响应度高、空气中稳定等优点，具有重要的应用前景。

An organic / calcium titanium mineral phase heterojunction nanowire photodetector and its preparation method

The invention discloses a calcium titanium ore phase / organic heterojunction nanowire photodetectors, comprising a substrate, perovskite /2,7 two octyl [1] benzothieno [3,2 b] benzothiophene bulk heterojunction nanowire light absorption layer and the three electrode part. The preparation method of the invention comprises the following steps: substrate preparation and cleaning and processing; preparation of perovskite material solution; preparation of perovskite /2,7 two octyl [1] benzothieno [3,2 b] benzothiophene mixed material precursor solution; using spin coating, coating and printing preparation of perovskite /2,7 two octyl benzene [1] [3,2 b] and thiophene and benzothiophene bulk heterojunction nanowires, get high quality light absorption layer; the deposition or printing electrode preparation. The product of the invention has the advantages of fast response time, high light responsiveness, and stable air in the air, and has an important application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种有机/钙钛矿体相异质结纳米线光电探测器及其制备方法
本专利技术属于光电器件领域，具体涉及一种有机/钙钛矿体相异质结纳米线光电探测器及其制备方法。
技术介绍
光电探测器是指能够将入射光信号(红外、可见、近红外区域)转换成电信号(电流或电压)信号的光电器件，被广泛应用于成像，通信，光谱学及生物医学等领域。目前，传统的光电探测器主要采用以下几种典型材料制备，例如常规半导体材料(硅，锗)，二维材料(石墨烯，硫化钼)以及共轭聚合物。最近几年，有机-无机杂化的卤化物钙钛矿材料逐渐发展起来，其主要是指CH3NH3PbX3(X＝Cl，Br，I)材料。由于此类钙钛矿材料具有优秀的半导体性质，如合适的直接带隙宽度(～1.6eV)、小的激发结合能(～20meV)、宽的吸收带宽(300～900nm)、长的激子扩散长度(100～1000nm)、长的载流子寿命等，其在光伏领域得到了广泛研究。目前，钙钛矿光电探测器件在性能上已经得到了很大的提升，光响应度从开始的3.49AW-1到现在已经高达180AW-1，并逐渐成为了研究热点(Adv.Funct.Mater.2014,24,7373；Adv.Mater.2015,27,41)。此外，相对于钙钛矿薄膜而言，钙钛矿纳米线具有额外的优势，如更低的暗电流、更高的外部量子效率、增强的机械性能及适用于高度灵活的器件。试验中常用的制备钙钛矿纳米线的方法有旋涂法、滴涂法、刮涂法、蒸发诱导自组装法以及卷对卷印刷。通常我们用简单的溶液法制备得到的钙钛矿纳米线都是无序的，会导致器件性能较低。而且，钙钛矿材料对空气中水分子非常敏感，暴露在空气中时，钙钛矿材料会与空气中的水发生反应，导致钙钛矿材料分解而失效。因此，通过合适的手段来提高钙钛矿纳米线光电探测的性能及稳定是有非常意义的。本专利技术将有机半导体2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩混入到钙钛矿溶液中，并成功通过简单溶液法在基底上制备了钙钛矿/2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩体相异质结纳米线，并且利用2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩的高迁移率与空气稳定性，开发出了一种钙钛矿/2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩体相异质结纳米线光电探测器。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种光电探测性能优秀、空气中性能稳定的钙钛矿纳米线光电探测器，并提供一种工艺过程简单、产品性能好、成本低的前述钙钛矿/2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩体相异质结纳米线光电探测器的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为一种有机/钙钛矿体相异质结纳米线光电探测器，所述的基底为硬质基底或柔性基底，所述的硬质基底为玻璃、二氧化硅或石英，所述的柔性基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚酰亚胺(PI)；上述的有机/钙钛矿体相异质结纳米线光电探测器，所述的钙钛矿材料为CH3NH3PbI3、CH3NH3PbCl3、CH3NH3PbBr3、CH3NH3PbA3-xBx、CH(NH2)2PbI3、CH(NH2)2PbCl3、CH(NH2)2PbBr3、CH(NH2)2PbA3-xBx或Csy[CH(NH2)2]z[CH3NH3](1-y-z)A3-xBx，其中A和B为I、Cl、Br中的一种，x在0和3之间，y在0和1之间，z在0和1之间；上述的有机/钙钛矿体相异质结纳米线光电探测器，所述的体相异质结纳米线是指钙钛矿材料与有机半导体材料2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩形成的相互均匀分布、互穿网络状结构的纳米线阵列，纳米线的横向尺寸在50nm到800nm之间；上述的有机/钙钛矿体相异质结纳米线光电探测器，所述的电极层为金、银、铝中的一种或几种，对称电极间形成光响应沟道长宽比在1:5到1:20之间。针对钙钛矿/2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩体相异质结纳米线光电探测器的使用条件，上述专利技术的技术方案提出了一种钙钛矿/2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩纳米线作为吸光层的体向异质结结构，其特点是基于以下思路和研究经验：钙钛矿材料是优秀的光吸收材料，在紫外、可见光、近红外区域均吸收较好的光吸收特性，但是钙钛矿纳米线的光电探测器通常因为纳米线的无序性导致性能不高。而且单纯的钙钛矿纳米线的光电探测器件不能满足大气环境的使用要求，钙钛矿材料会与大气中的水分子反应而分解，从而导致光电性能失效。而2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩具有优异的空气稳定性及较高的空穴迁移率，经过合理的实验设计可实现两类材料的能级匹配，达到光吸收增强的目的。经过我们的反复研究，2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩直接加入到钙钛矿溶液中，通过简单的溶液法在基底上形成钙钛矿/2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩体相异质结纳米线，这样一种体相异质结结构可以实现光生电子空穴对的分离，大大减小电子空穴对的复合，从而提高光电探测器的性能。最终为本专利技术技术思路的实施和实现提供了前提和基础。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供一种上述的柔性的钙钛矿/2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩体相异质结纳米线光电探测器的制备方法，包括以下步骤：(1)基底准备与清洗、处理；(2)配制钙钛矿溶液；(3)配制钙钛矿/2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩混合材料前驱体溶液；(4)使用旋涂、刮涂及印刷方式制备钙钛矿/2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩混合材料薄膜，热退火处理后得到高质量薄膜光吸收层；(5)采用蒸镀或印刷制备电极，对称电极间形成光响应沟道长宽比在1:5到1:20之间。上述的制备方法，所述步骤(1)中，基底准备与清洗、处理是指将基底使用去离子水、丙酮、无水乙醇分别超声清洗20分钟，然后使用高纯气体吹干，最后再紫外-臭氧处理20分钟。通过上述步骤超声清洗可以有效去除基底表面的有机物、杂质等，从而利于形成均匀的钙钛矿/2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩纳米线薄膜；使用高纯气体吹干，去除基底表面附着的固体颗粒，同样有利于形成高质量的均匀的钙钛矿/2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩纳米线薄膜；此外，通过紫外-臭氧处理基底，可提高钙钛矿先驱体溶液在基底表面的浸润性，有利于均匀的钙钛矿/2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩纳米线薄膜的形成。上述的制备方法，所述步骤(2)中，所述钙钛矿溶液所述钙钛矿溶液浓度为300mg/ml到800mg/ml的钙钛矿溶液。上述的制备方法，所述步骤(3)中，钙钛矿/2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩混合材料前驱体溶液，首先将2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩溶于氯苯中，形成浓度为5mg/ml到30mg/ml的溶液，再将此2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩溶液与上述钙钛矿溶液以1:2到1:5的体积比混合，在60度下加热搅拌1小时。上述的制备方法，所述步骤(4)中，所述旋涂、刮涂及印刷方式制备钙钛矿/2,7-二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机/钙钛矿体相异质结纳米线光电探测器，其特征在于，所述光电探测器包括基底、钙钛矿材料与有机半导体材料2,7‑二辛基[1]苯并噻吩并[3,2‑b]苯并噻吩(C8BTBT)形成的体相异质结纳米线光吸收层以及电极层三部分；所述的基底为硬质基底或柔性基底，所述的硬质基底为玻璃、二氧化硅或石英，所述的柔性基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚酰亚胺(PI)；所述的钙钛矿材料为CH3NH3PbI3、CH3NH3PbCl3、CH3NH3PbBr3、CH3NH3PbA3‑xBx、CH(NH2)2PbI3、CH(NH2)2PbCl3、CH(NH2)2PbBr3、CH(NH2)2PbA3‑xBx或Csy[CH(NH2)2]z[CH3NH3](1‑y‑z)A3‑xBx，其中A和B为I、Cl、Br中的一种，x在0和3之间，y在0和1之间，z在0和1之间；所述的体相异质结纳米线是指钙钛矿材料与有机半导体材料2,7‑二辛基[1]苯并噻吩并[3,2‑b]苯并噻吩形成的相互均匀分布、互穿网络状结构的纳米线阵列，纳米线的横向尺寸在50nm到800nm之间；所述的电极层为金、银、铝中的一种或几种，对称电极间形成光响应沟道长宽比在1:5到1:20之间。...

【技术特征摘要】
1.一种有机/钙钛矿体相异质结纳米线光电探测器，其特征在于，所述光电探测器包括基底、钙钛矿材料与有机半导体材料2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩(C8BTBT)形成的体相异质结纳米线光吸收层以及电极层三部分；所述的基底为硬质基底或柔性基底，所述的硬质基底为玻璃、二氧化硅或石英，所述的柔性基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚酰亚胺(PI)；所述的钙钛矿材料为CH3NH3PbI3、CH3NH3PbCl3、CH3NH3PbBr3、CH3NH3PbA3-xBx、CH(NH2)2PbI3、CH(NH2)2PbCl3、CH(NH2)2PbBr3、CH(NH2)2PbA3-xBx或Csy[CH(NH2)2]z[CH3NH3](1-y-z)A3-xBx，其中A和B为I、Cl、Br中的一种，x在0和3之间，y在0和1之间，z在0和1之间；所述的体相异质结纳米线是指钙钛矿材料与有机半导体材料2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩形成的相互均匀分布、互穿网络状结构的纳米线阵列，纳米线的横向尺寸在50nm到800nm之间；所述的电极层为金、银、铝中的一种或几种，对称电极间形成光响应沟道长宽比在1:5到1:20之间。2.如权利要求1中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：阳军亮，夏华艳，张楚俊，童思超，王春花，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43