一种三合一复合自驱动的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三合一复合自驱动的光电探测器及其制备方法，采用钙钛矿太阳能电池、温差发电片、压力发电片并联作为钙钛矿光电探测器的电压驱动，钙钛矿太阳能电池、温差发电片、压力发电片可单独为钙钛矿光电探测器提供电压，同时温差发电片将热能转化为电能，压力发电片将外部动能转换为电能，提升器件的性能和使用寿命的影响。本发明专利技术制备的光电热电复合自驱动的光电探测器稳定性好，使用寿命长，实现全天候的光探测。

【技术实现步骤摘要】
一种三合一复合自驱动的光电探测器及其制备方法
本专利技术属于电子器件
，更进一步涉及半导体光电
中的一种三合一复合自驱动的光电探测器及其制备方法。本专利技术的光电探测器可用于探测紫外-可见光-近红外波段的光信号。
技术介绍
光电探测器是一种将光辐射能量转换为一种便于测量的物理量光电器件，在军事和国民经济的各个领域有着广泛的应用，例如生物传感、光学成像、光通信、环境监测、国防军工等。光电探测器的原理主要是利用外光电效应或内光电效应，探测器中的电子直接吸收光子的能量，使运动状态发生变化而产生电信号，常用于探测红外辐射和可见光。近几年，随着科技的发展，已经有越来越多种类的光电探测器出现。XinHu等作者在其发表的论文“High-PerformanceFlexibleBroadbandPhotodetectorBasedonOrganoleadHalidePerovskite”(AdvancedFunctionalMaterials,vol.24,pp.7373-7380,2014)中公开了一种有机卤化物钙钛矿光电探测器。该有机卤化物钙钛矿光电探测器虽然在传统钙钛矿光电探测器优点基础上，采用旋涂方法制备了MAPbI3薄膜，形成了结构为ITO/MAPbI3/ITO的共面器件，通过对器件进行外部供电可实现宽谱光电探测，但是，该钙钛矿光电探测器仍然存在的不足之处是，该钙钛矿光电探测器在工作时需要外加电压来驱动，导致无法在需要长时间的光探测场合下的应用。苏州大学在其拥有的专利技术“结合太阳能电池和光电探测器的自驱动光电探测体系及其制备方法”(申请号：201510969469.0授权公告号：CN105575964B)中公开了一种结合太阳能电池和光电探测器的器件结构和制备方法。该专利技术的结构采用旋涂的方法制备钙钛矿太阳能电池作为电压驱动，钙钛矿探测器为光电传感器件。该器件结构存在以下两点不足之处是，其一，由于钙钛矿太阳能电池对于太阳能的转换率不高，导致钙钛矿太阳能电池在作为光电探测器的电压驱动过程中，太阳能大多以热能的形式消散掉了，同时消散的热能对整个器件的性能尤其是器件的稳定性和使用寿命方面有很大的影响。其二，在夜间和阴雨天钙钛矿太阳能电池无法进行光电转换，导致该光电探测器无法正常工作。该专利技术的制备方法中主要使用细铜线来连接钙钛矿太阳能电池和钙钛矿光电探测器，由此导致其存在的不足之处是，使用细铜线来连接钙钛矿太阳能电池和钙钛矿光电探测器的成本高，稳定性差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种三合一复合自驱动的光电探测器，实现光电探测器不需要借助外部能源可长时间的进行光探测。实现本专利技术目的的具体思路是，利用钙钛矿太阳能电池、温差发电片和压力发电板并联作为光电探测器的外部电压驱动，实现长时间自驱动的光探测。钙钛矿太阳能电池、温差发电片、压力发电板的并联，不仅可以减少钙钛矿太阳能电池光电转换过程中产生的热能对器件性能的影响，而且可以将这些热能转换为电能，同时，在夜间和阴雨天气，利用温差发电片的温差发电和压力发电板将雨滴的动能等外部能量转换为电能来提供电压进行光探测。本专利技术的三合一复合自驱动的光电探测器，包括钙钛矿太阳能电池、玻璃衬底，在所述钙钛矿太阳能电池的衬底上由上至下依次制备的空穴传输层、光吸收层、电子传输层和金属电极；在所述玻璃衬底上制备光吸收层，在光吸收层的两侧制备两个金属电极；所述光电探测器还包括温差发电片、压力发电板，所述温差发电片设置在钙钛矿太阳电池的金属电极的下表面；所述压力发电板设置在温差发电片的下表面，所述钙钛矿太阳能电池、温差发电片、压力发电板三者并联后再与钙钛矿光电探测器串联。本专利技术的三合一复合自驱动的光电探测器制备方法，利用喷墨打印技术连接钙钛矿太阳能电池、温差发电片、压力发电板、钙钛矿光电探测器；该方法的步骤包括如下：(1)预处理钙钛矿太阳能电池衬底：(1a)将衬底依次放入Decon-90清洗剂、去离子水、丙酮、酒精、去离子水中进行超声清洗；(1b)将超声清洗过的衬底进行紫外臭氧UV-zone处理，得到预处理好的衬底；(2)制备钙钛矿太阳能电池的空穴传输层：将空穴传输层前驱溶液滴在预处理好的衬底上，使用匀胶机进行旋涂，将旋涂后的衬底放置在热台上退火，得到钙钛矿太阳能电池的空穴传输层；(3)采用溶液涂布法，制备钙钛矿太阳能电池的光吸收层；(4)制备钙钛矿太阳能电池的电子传输层：将电子传输层前驱溶液使用匀胶机旋涂在制备完成的光吸收层上，得到钙钛矿太阳能电池的电子传输层；(5)使用真空镀膜仪，制备钙钛矿太阳能电池的金属电极；(6)使用导热硅脂，对钙钛矿太阳能的电池金属电极与温差发电片进行物理连接；(7)将压力发电板的正电极粘附在温差发电片的冷面层的下表面；(8)预处理钙钛矿光电探测器的玻璃衬底：将钙钛矿光电探测器的玻璃衬底依次放入离子水、丙酮和无水乙醇中进行超声清洗，使用高纯度氮气吹干；(9)采用溶液涂布法，制备钙钛矿光电探测器的光吸收层；(10)使用真空镀膜仪，制备钙钛矿光电探测器的两个金属电极；(11)连接钙钛矿太阳能电池、温差发电片、钙钛矿光电探测器：利用喷墨打印技术，将钙钛矿太阳能电池的衬底分别与温差发电片的正极、压力发电板的正电极、钙钛矿光电探测器的一个金属电极连接，将钙钛矿太阳能电池的金属电极分别与温差发电片的负极、压力发电板的负电极、钙钛矿光电探测器的另一个金属电极连接。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：第一，由于本专利技术采用钙钛矿太阳能电池、温差发电片和压力发电板三者并联后再与钙钛矿光电探测器串联，克服了光电探测器在工作时需要外加电压来驱动，导致无法在需要长时间的光探测场合下的应用的缺点，使得本专利技术的三合一复合自驱动的光电探测器不需要借助外部能源可长时间的进行光探测。第二，由于本专利技术采用钙钛矿太阳能电池、温差发电片和压力发电板三者并联，使得钙钛矿太阳能电池、温差发电片及压力发电板三者可单独为钙钛矿光电探测器供电，并且，温差发电片可将钙钛矿太阳能电池光电转换过程中产生的热能转换为电能，压力发电板可将雨滴、风力的动能等外部能量转换为电能，克服了以下两个缺点，其一，由于钙钛矿太阳能电池对于太阳能的转换率不高，导致钙钛矿太阳能电池在作为光电探测器的电压驱动过程中，太阳能大多以热能的形式消散掉了，同时消散的热能对整个器件的性能尤其是器件的稳定性和使用寿命方面有很大的影响；其二，由于钙钛矿太阳能电池在夜间和阴雨天气无法进行光电转换，导致该光电探测器无法正常工作。使得本专利技术的三合一复合自驱动的光电探测器的稳定性和使用寿命得到提升，并且可实现全天候的光探测。第三，由于本专利技术的制备工艺中采用喷墨打印技术连接钙钛矿太阳能电池、温差发电片、钙钛矿光电探测器，克服了现有技术使用金属连线成本高、稳定性差的问题使得采用本专利技术的制备工艺成本低，材料利用率高，制备效率高，适合大规模的生产。附图说明图1为本专利技术光电探测器的结构示意图；图2为本专利技术光电探测器制备方法的工艺流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的说明。参照图1，对本专利技术的三合一复合自驱动的光电探测器的结构做进一步的描述。本专利技术三合一复合自驱动的光电探测器，包括钙钛矿太阳能电池、玻璃衬底8，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三合一复合自驱动的光电探测器，包括钙钛矿太阳能电池、玻璃衬底(8)，在所述钙钛矿太阳能电池的衬底(1)上由上至下依次制备的空穴传输层(2)、光吸收层(3)、电子传输层(4)和金属电极(5)；在所述玻璃衬底(8)上制备光吸收层(9)，在光吸收层(9)的两侧制备两个金属电极(10)和(11)；其特征在于，所述光电探测器还包括温差发电片(6)、压力发电板(7)，所述温差发电片(6)设置在钙钛矿太阳电池的金属电极(5)的下表面；所述压力发电板(7)设置在温差发电片(6)的下表面，所述钙钛矿太阳能电池、温差发电片、压力发电板三者并联后再与钙钛矿光电探测器串联。

【技术特征摘要】
1.一种三合一复合自驱动的光电探测器，包括钙钛矿太阳能电池、玻璃衬底(8)，在所述钙钛矿太阳能电池的衬底(1)上由上至下依次制备的空穴传输层(2)、光吸收层(3)、电子传输层(4)和金属电极(5)；在所述玻璃衬底(8)上制备光吸收层(9)，在光吸收层(9)的两侧制备两个金属电极(10)和(11)；其特征在于，所述光电探测器还包括温差发电片(6)、压力发电板(7)，所述温差发电片(6)设置在钙钛矿太阳电池的金属电极(5)的下表面；所述压力发电板(7)设置在温差发电片(6)的下表面，所述钙钛矿太阳能电池、温差发电片、压力发电板三者并联后再与钙钛矿光电探测器串联。2.根据权利要求1所述的一种三合一复合自驱动的光电探测器，其特征在于，所述的太阳能电池衬底(1)采用氧化铟锡ITO或氟掺杂氧化锡FTO衬底。3.一种三合一复合自驱动的光电探测器制备方法，其特征在于，利用喷墨打印技术连接钙钛矿太阳能电池、温差发电片、压力发电板、钙钛矿光电探测器；该方法的步骤包括如下：(1)预处理钙钛矿太阳能电池衬底：(1a)将衬底(1)依次放入Decon-90清洗剂、去离子水、丙酮、酒精、去离子水中进行超声清洗；(1b)将超声清洗过的衬底(1)进行紫外臭氧UV-zone处理，得到预处理好的衬底(1)；(2)制备钙钛矿太阳能电池的空穴传输层：将空穴传输层前驱溶液滴在预处理好的衬底(1)上，使用匀胶机进行旋涂，将旋涂后的衬底(1)放置在热台上退火，得到钙钛矿太阳能电池的空穴传输层(2)；(3)采用溶液涂布法，制备钙钛矿太阳能电池的光吸收层(3)；(4)制备钙钛矿太阳能电池的电子传输层：将电子传输层前驱溶液使用匀胶机旋涂在制备完成的光吸收层(3)上，得到钙钛矿太阳能电池的电子传输层(4)；(5)使用真空镀膜仪，制备钙钛矿太阳能电池的金属电极(5)；(6)使用导热硅脂，对钙钛矿太阳能的电池金属电极(5)与温差发电片(6)进行物理连接；(7)将压力发电板(7)的正电极粘附在温差发电片(6)的冷面层的下表面；(8)预处理钙钛矿光电探测器的玻璃衬底：将钙钛矿光电探测器的玻璃衬底(8)依次放入离子水、丙酮和无水乙醇中进行超声清洗，使用高纯度氮气吹干；(9)采用溶液涂布法，制备钙钛矿光电探测器的光吸收层(9)...

【专利技术属性】
技术研发人员：常晶晶，林珍华，黄相平，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61