一种基于Cs制造技术

本发明专利技术属于半导体光电探测技术领域，具体涉及一种基于Cs

A CS based

The invention belongs to the technical field of semiconductor photoelectric detection, in particular to a CS based

【技术实现步骤摘要】
一种基于Cs3Cu2I5钙钛矿的自供能光电探测器及其制备方法
本专利技术属于半导体光电探测
，具体涉及一种基于Cs3Cu2I5钙钛矿的自供能光电探测器及其制备方法。
技术介绍
近年来，金属卤化物钙钛矿材料由于其优越的光学和电学性能开始引起人们的广泛关注，且在太阳能电池、发光二极管、光电探测器和激光等领域展现出极大的发展潜力。目前，基于钙钛矿材料的光电探测器报道很多，如光电导型探测器、光伏型探测器、雪崩探测器等，所展现出的器件性能(光响应率、比探测率、开关比等)可以和传统无机半导体以及二维材料等相媲美，已成为钙钛矿材料应用的热点方向。但是，基于传统铅卤化物钙钛矿(CH3NH3PbX3、CsPbX3，X＝Cl/Br/I)的光电器件在铅毒性和稳定性上一直不能令人满意。例如，长时间暴露在紫外光照下，钙钛矿材料会发生重结晶生长，诱导产生新的结构缺陷，导致器件性能衰减；接触高温和高湿环境后，铅卤化物钙钛矿材料会迅速分解，对后续封装工艺的要求十分苛刻。因此，人们开始将目光转向稳定性更优的无铅钙钛矿体系材料，例如CsSnX3、CsGeX3、Cs3Bi2X9和Cs2AgInX6等。除此之外，基于金属Cu的无铅钙钛矿材料也具有优良的光电特性，且其分解焓以及价键结合力较大的特征也使得材料具有更高的结构稳定性。目前，基于金属Cu的新型钙钛矿量子点(Cs2CuX4，X＝Cl/Br/I)已可成功制备(P.Yang,G.N.Liu,B.Liu,X.Liu,Y.B.Lou,J.X.Chen,andY.X.Zhao,Chem.Commun.54,11638(2018))，且展现出优良的发光性能和稳定性。除了Cs2CuX4体系之外，基于金属Cu的钙钛矿产物在理论上还有很多，但在实验上报道的较少。我们通过对材料合成方法的改进以及合成条件的不断优化，最终制备出Cs3Cu2I5体系的钙钛矿材料。实验已经证实该材料较传统的铅卤化物钙钛矿具有更高的稳定性和载流子传输能力，且吸收光谱位于紫外光区域，是良好的紫外光探测材料。因此，结合该新型材料在环境友好、稳定性以及吸收光谱三个方面的特征，我们认为制备基于Cs3Cu2I5钙钛矿材料的自供能光电探测器具有重要的科学意义，有望应用在导弹预警、生物分析和医学消毒等方面，从而有效弥补传统铅卤化物钙钛矿探测器在稳定性和环境污染上的不足。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对传统铅卤化物钙钛矿材料在环境污染以及结构稳定性上的不足，提出一种基于Cs3Cu2I5钙钛矿的自供能光电探测器及其制备方法，能够实现对紫外光的高效探测，且克服了传统铅卤钙钛矿所面临的环境污染问题。利用Cs3Cu2I5钙钛矿薄膜的环境友好和结构稳定上的优势，并通过器件结构设计实现Cs3Cu2I5钙钛矿薄膜与载流子传输层之间的交错型能带排列，最终实现光电探测器对紫外光的良好光响应，且器件能够在零伏下工作。本专利技术的技术方案是以下述方式实现的：一种基于Cs3Cu2I5钙钛矿的自供能光电探测器，包括绝缘透明的衬底，衬底的上端从下往上依次依次设有载流子传输层、Cs3Cu2I5光吸收层和第一接触电极，载流子传输层上设有第二接触电极。进一步地，所述衬底为双面抛光的透明衬底，为石英或Al2O3。进一步地，载流子传输层为对紫外光有响应的半导体材料，为ZnO、SnO2、TiO2或GaN半导体，其厚度为300～500纳米，电子浓度为3.0×1017～8.0×1017每立方厘米。进一步地，Cs3Cu2I5光吸收层(3)的厚度为500～800纳米。一种上述基于Cs3Cu2I5钙钛矿的自供能光电探测器及其制备方法，是按照下述步骤进行的：(1)清洗衬底；(2)采用磁控溅射或金属有机物化学气相沉积方法制备载流子传输层；(3)在载流子传输层上利用一步旋涂法或气相共蒸法制备Cs3Cu2I5薄膜；(4)采用热蒸发法在Cs3Cu2I5光吸收层上制备第一接触电极，在载流子传输层上制备第二接触电极。进一步地，步骤(2)中载流子传输层为ZnO或TiO2，利用磁控溅射方法制备载流子传输层：采用高纯氩气作为工作气体，高纯氧气作为反应气体，氩气和氧气的流量比为2:1。进一步地，步骤(2)中载流子传输层为GaN，利用金属有机物化学气相沉积方法制备载流子传输层。进一步地，载流子传输层的厚度优选为400纳米，电子浓度优选为5.0×1017每立方厘米进一步地，步骤(3)中，采用一步旋涂法制备Cs3Cu2I5光吸收层，包括以下步骤：1)将CsI和CuI粉末混合于二甲基亚砜溶液中，在氩气氛围中，将溶液用旋涂的方式均匀旋涂在载流子传输层上，旋涂条件为：低速500转每分钟/5秒，高速2000转每分钟/30秒；2)在旋涂过程中采用甲苯作为反溶剂使得Cs3Cu2I5钙钛矿迅速结晶并具有较大的表面覆盖率。优选的，甲苯滴加时间为旋涂结束前13秒，滴加量为50微升；3)最后，对旋涂后的样品进行退火处理，优选的退火温度为150℃，退火时间为20分钟。进一步地，步骤(3)中，采用气相共蒸法制备Cs3Cu2I5光吸收层，包括以下步骤：1)将CsI和CuI粉末研磨均匀，放入真空蒸镀腔中；2)将制备有载流子传输层的衬底放置在CsI和CuI混合粉末上方，并对衬底进行热处理，优选的温度为100℃；待腔体压强降至10-4帕斯卡，调节功率至27瓦进行蒸镀，蒸镀时间为30分钟；3)待蒸发结束后，将样品进行再次热处理，优选的处理温度为100℃，处理时间为1小时；最后，将样品自然降温至室温。进一步地，步骤(3)中，Cs3Cu2I5光吸收层的厚度650纳米。进一步地，步骤(4)中，Cs3Cu2I5钙钛矿的第一接触电极为Au，厚度优选为45纳米；载流子传输层的电极因材料而异，载流子传输层为ZnO或TiO2半导体，第二接触电极优选为Ag，厚度优选为100纳米；载流子传输层为GaN半导体，第二接触电极优选为In，厚度优选为100纳米。本专利技术的效果和益处：本专利技术利用简单的溶液或气相共蒸方法，制备出环境友好、结构稳定且对紫外光有良好光响应的Cs3Cu2I5钙钛矿薄膜，克服了传统铅卤化物钙钛矿在铅毒性和结构不稳定性上的不利因素。本专利技术采用磁控溅射或金属有机物化学气相沉积方法制备载流子传输层，采用溶液或气相共蒸方法制备Cs3Cu2I5光吸收层，保证载流子传输层与Cs3Cu2I5光吸收层之间形成交错型能带排列，利用异质结界面处内建电场的形成使得光生载流子发生分离，从而实现探测器在零伏下的工作、面向于紫外光探测器的自供能光电探测器。该器件制备方法简单，各功能层均环境友好，从而为低成本、环境友好型自供能紫外光电探测器的研制提供了新的解决方案，具有重要的科学意义和实用价值，所制备的器件对紫外光有高的探测率，紫外可见光抑制比超过10的四次方，且能在零伏下工作，具有良好的应用前景。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Cs

【技术特征摘要】
1.一种基于Cs3Cu2I5钙钛矿的自供能光电探测器，包括绝缘透明的衬底(1)，衬底(1)的上端从下到上依次设有载流子传输层(2)、Cs3Cu2I5光吸收层(3)和第一接触电极(4)，载流子传输层(2)上设有第二接触电极(5)。


2.根据权利要求1所述的一种基于Cs3Cu2I5钙钛矿的自供能光电探测器，其特征在于：载流子传输层(2)为对紫外光有响应的半导体材料。


3.根据权利要求2所述的一种基于Cs3Cu2I5钙钛矿的自供能光电探测器，其特征在于：载流子传输层(2)为ZnO、TiO2或GaN半导体，其厚度为300～500纳米，电子浓度为3.0×1017～8.0×1017每立方厘米。


4.根据权利要求1所述的一种基于Cs3Cu2I5钙钛矿的自供能光电探测器，其特征在于：Cs3Cu2I5光吸收层(3)的厚度为500～800纳米。


5.根据权利要求1所述的一种基于Cs3Cu2I5钙钛矿的自供能光电探测器，其特征在于：所述衬底(1)为双面抛光的透明衬底，为石英或Al2O3。


6.一种权利要求1-5之一所述的基于Cs3Cu2I5钙钛矿的自供能光电探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)清洗衬底(1)；
(2)采用磁控溅射或金属有机物化学气相沉积方法制备载流子传输层(2)；
(3)在载流子传输层(2)上利用一步旋涂法或气相共蒸法制备Cs3Cu2I5光吸收层(3)；
(4)采用热蒸...

【专利技术属性】
技术研发人员：史志锋，李营，马壮壮，梁文晴，李新建，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南;41