一种同质结钙钛矿光电探测器及其制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及一种同质结钙钛矿光电探测器及其制备方法和用途，所述同质结钙钛矿光电探测器中包含相邻设置的N型钙钛矿薄膜和P型钙钛矿薄膜，位于所述N型钙钛矿薄膜背对所述P型钙钛矿薄膜的一侧依次设置的电子传输层和透明导电衬底，以及位于所述P型钙钛矿薄膜背对所述N型钙钛矿薄膜的一侧依次设置的空穴传输层和金属电极，本发明专利技术所述光电探测器基于同质结钙钛矿的优化，使得其内部形成内建电场，内建电场和外加电场方向相同，其共同作用，进而加强光生电子空穴对的分离和加速载流子输运，进而提高了光电探测器的外量子效率和响应速度。

【技术实现步骤摘要】
一种同质结钙钛矿光电探测器及其制备方法和用途
本专利技术属于光电探测器
，涉及一种同质结钙钛矿光电探测器及其制备方法和用途。
技术介绍
光电探测器是目前光电信息产业中重要的光电子元器件，常常被用于传感、探测和成像等领域。目前传统的光电探测器材料如Si，Ge和InGaAs等存在制备工艺复杂，成本高，不可柔性化等缺点。近年来，钙钛矿材料由于其具有较高的吸收系数、从紫外到近红外的宽波段覆盖范围，较高的载流子迁移率、微米尺度的扩散长度使其在光电子器件领域得到广泛的应用。然而，如何进一步设计器件结构，充分发挥钙钛矿材料优异的光电特性，使其满足各类探测的需求，是制备基于钙钛矿材料的光电探测器研发的重中之重。现今社会对高性能光电探测器的要求包括：对探测的光谱实现窄带响应、各响应光谱的峰值波长连续可调、外量子效率高、响应速度快、一块芯片上能同时集成多个波段的响应、柔性、制备工艺简便和成本低等。然而，将钙钛矿材料简单的引入传统器件结构，所制备的窄带多光谱光电探测器目前存在外量子效率低(EQE)、响应速度慢、带宽不够窄等难点，无法发挥材料优异的性能。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种同质结钙钛矿光电探测器，其特征在于，所述同质结钙钛矿光电探测器包括相邻设置的N型钙钛矿薄膜和P型钙钛矿薄膜，所述N型钙钛矿薄膜背对所述P型钙钛矿薄膜的一侧设置有电子传输层，所述电子传输层背对所述N型钙钛矿薄膜的一侧设置有透明导电衬底；所述P型钙钛矿薄膜背对所述N型钙钛矿薄膜的一侧设置有空穴传输层，所述空穴传输层背对所述P型钙钛矿薄膜的一侧设置有金属电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种同质结钙钛矿光电探测器，其特征在于，所述同质结钙钛矿光电探测器包括相邻设置的N型钙钛矿薄膜和P型钙钛矿薄膜，所述N型钙钛矿薄膜背对所述P型钙钛矿薄膜的一侧设置有电子传输层，所述电子传输层背对所述N型钙钛矿薄膜的一侧设置有透明导电衬底；所述P型钙钛矿薄膜背对所述N型钙钛矿薄膜的一侧设置有空穴传输层，所述空穴传输层背对所述P型钙钛矿薄膜的一侧设置有金属电极。


2.如权利要求1所述的同质结钙钛矿光电探测器，其特征在于，所述电子传输层包括相邻设置的致密层和介孔层，所述介孔层与所述N型钙钛矿薄膜相邻；
优选地，所述致密层的材质为TiO2、SnO2或ZnO中的至少一种；
优选地，所述介孔层的材质为TiO2和/或Al2O3；
优选地，所述电子传输层通过溶液法和/或原子层沉积技术制备。


3.如权利要求1或2所述的同质结钙钛矿光电探测器，其特征在于，所述N型钙钛矿薄膜的厚度为400-500nm；
优选地，所述P型钙钛矿薄膜的厚度为50-100nm；
优选地，所述N型钙钛矿薄膜与所述P型钙钛矿薄膜的厚度之比为4-10；
优选地，所述N型钙钛矿薄膜通过溶液法和/或蒸镀法制备。


4.如权利要求1-3任一项所述的同质结钙钛矿光电探测器，其特征在于，所述空穴传输层中包括spiro-OMeTAD、PTAA、CuSCN或CuPc中的至少一种；
优选地，所述空穴传输层中还包括锂盐和/或钴盐。


5.如权利要求1-4任一项所述的同质结钙钛矿光电探测器，其特征在于，所述透明导电衬底为ITO或FTO透明导电玻璃；
优选地，所述透明导电衬底的方块电阻为10-25Ω；
优选地，所述透明导电衬底的透过率为80-95％；
优选地，所述金属电极包括Al、Ag或Au中的任意一种或至少两种的组合。


6.如权利要求1-5任一项所述的同质结钙钛矿光电探测器的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)在透明导电衬底上制备电子传输层；
(2)在步骤(1)中所得电子传输层的表面制备N型钙钛矿薄膜；
(3)在步骤(2)中所得N型钙钛矿薄膜的表面制备P型钙钛矿薄膜；
(4)在步骤(3)中所得P型钙钛矿薄膜的表面制备空穴传输层；
(5)在步骤(4)中所得空穴传输层的表面制备金属电极，得到所述同质结钙钛矿光电探测器。


7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述在透明导电衬底上制备电子传输层的方法包括在透明导电衬底上制备致密层，之后在所得致密层的表面制备介孔层，得到所述电子传输层；
优选地，所述致密层的材质为TiO2，所述致密层的制备过程包括将钛源溶液旋涂在透明导电衬底上，之后退火处理，得到所述致密层；
优选地，所述钛源为二(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯、四氯化钛或钛酸异丙酯中的至少一种；
优选地，所述钛源溶液的溶剂为1-丁醇、乙醇或异丙醇中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述钛源溶液的浓度为0.1-0.2M；
优选地，所述致密层的制备过程中，旋涂的速率为1500-2500rpm；
优选地，所述致密层的制备过程中，退火的温度为450-550℃，退火时间为20-40min；
优选地，所述致密层的制备过程中，退火的升温速率为4-6℃/min；
优选地，所述介孔层的材质为TiO2，所述介孔层的制备方法包括将TiO2浆料旋涂在致密层的表面上，之后退火，得到所述介孔层；
优选地，所述TiO2浆料进行旋涂前采用溶剂稀释；
优选地，所述稀释采用的溶剂包括乙醇、1-丁醇或异丙醇中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述介孔层的制备过程中，旋涂的速率为3500-4500rpm；
优选地，所述介孔层的制备过程中退火的温度为450-500℃，退火时间为20-40min；
优选地，所述介孔层的制备过程中，退火的升温速率为4-6℃/min；
优选地，步骤(2)中所述制备N型钙钛...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴丹，王恺，刘皓宸，李文辉，昂科科觉，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东;44