一种可调节探测波长的柔性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可调节探测波长的柔性光电探测器及其制备方法，涉及光电探测领域，所述的一种可调节探测波长的柔性光电探测器包括自下而上依次设置的基板、柔性衬底、半透明导电电极层、电子传输层、稀土钙钛矿活性层、空穴传输层、金属电极层，通过电磁控制稀土钙钛矿活性层厚度，即可控制探测器的探测波长，提高了有机光探测器的探测性能，具有能够调节探测波长的良好性能，且制备方法简单高效，适用于规模化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种可调节探测波长的柔性光电探测器及其制备方法
本专利技术涉及光电探测领域，尤其涉及一种可调节探测波长的柔性光电探测器及其制备方法。
技术介绍
钙钛矿光电探测器由于具有载流子迁移率高，暗电流小等特点，在众多消费类电子产品，卫生保健，资源探测，环境保护等方面具有广泛的应用。为了满足实际应用的要求，钙钛矿光电探测器应该具有较高的探测率和较窄的光谱响应范围以实现较为精准的探测。但由于长波段激子较难分离，因此器件在近红外波段的外量子效率较低，进而导致探测率也较低。且单一器件只有一个吸收波峰，只能探测单一的波长。因此，如何在实现较为精准探测的同时，提高近红外波段的探测能力与动态探测能力，以及能够实现单一器件可以探测多个波长成为钙钛矿光电探测器研究的重点和难点。而对于器件而言，主要是针对具有近红外波段窄带探测器的结构设计及制备工艺来提升器件性能。2017年，KoenVandewal课题组在AdvancedMaterials期刊上报道了一种基于光学微腔结构的给受体有机光电探测器，最终实现了在近红外波段外量子效率能够达到40％的性能，并且在单一大的器件上集成了多个功能厚度不同的小器件实现了单一器件多个波长的探测。而随着掺杂稀土元素钙钛矿的发现，一种可受电磁控制伸缩的活性层钙钛矿进入人们的视野。通过电磁控制活性层的厚度d，根据公式(其中λm为探测波长，L为光学微腔的厚度，n为活性层的折射率，m为大于0的自然数)即可以控制探测器的探测波长。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：在解决钙钛矿光电探测器的半波峰宽大，在近红外波段探测性能不佳，单一器件不能实现多个波长探测的问题的基础上，提供了一种可调节探测波长的柔性光电探测器及其制备方法。本专利技术采用的技术方案如下：一种可调节探测波长的柔性光电探测器，包括自下而上依次设置的基板、柔性衬底、半透明导电电极层、电子传输层、稀土钙钛矿活性层、空穴传输层、金属电极层。优选地，所述柔性衬底包括但不限于a：塑料衬底一般分为3类：①半结晶热塑性聚合物，如PET，PEN，PEEK,VHB，PDMS；②非结晶聚合物，如PC和PES为非结晶热塑性塑料；③非结晶高玻璃化转变温度聚合物，如PAR、PCO、PNB和PI。b：不锈钢衬底。c:超薄玻璃衬底。d:纸质衬底。e:生物复合薄膜衬底。优选地，所述半透明导电电极层的原料组成为金、银、铝电极、银纳米线和导电高分子薄膜中的任意一种，不仅可以起到电极传输电荷的作用并且具有强的反射性，且其厚度为2～30nm。优选地，所述电子传输层的原料组成为PEIE、PC61BM、TiO2和ZnO中的任意一种。优选地，所述钙钛矿活性层的厚度为100nm～200nm，其能带差为1.1-1.2eV。优选地，所述稀土钙钛矿活性层为LaMn03类,LaNiO3类，(La1-xRx)2/3Sr1/3MnO3，(R＝Sm，Tb)，La0.67Sr0.33Mn1-xFexO3,(La1-yTby)0.67Sr0.33MnO3，La0.8Sr0.2CoO3，La0.8Sr0.2MnO3等稀土掺杂锰钙钛矿化合物,厚度为100nm-200nm。优选地，所述空穴传输层的原料组成为MnO3、PEDOT:PSS、CuSCN、CuI和NiOm(m＝2或4)中的任意一种。优选地，所述金属电极层的原料组成为金、银、铝电极、银纳米线和导电高分子薄膜的任意一种，且其厚度为50～150nm。一种可调节探测波长的柔性光电探测器的制备方法，包括以下步骤：(1)：在基板上粘贴一层柔性衬底；(2)：在柔性衬底上蒸镀一层半透明导电电极层；(3)：在半透明导电电极层上旋涂一层电子传输层，退火备用；(4)：将稀土钙钛矿功能层溶液旋涂于电子传输层上，形成稀土钙钛矿活性层，退火备用；(5)：在稀土钙钛矿活性层上蒸镀MnO3，形成空穴传输层；(6)：在空穴传输层上蒸镀银电极。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术通过利用光学微腔效应，使得器件可以得到可见/近红外波段的窄带探测性能。2.本专利技术通过利用可拉伸柔性衬底，可以实现弯曲和翻折可穿戴适用于各种不同的形状。3.本专利技术通过外加电磁场，利用掺杂稀土元素钙钛矿活性层的磁致伸缩效应改变活性层的厚度即可改变光学微腔的厚度，通过调节光学微腔的厚度来实现不同波段的探测，进而实现对于不同波段的动态探测能力。4.本专利技术中，柔性光电探测器的结构独特，通过结合简单高效的旋涂工艺，具有良好的探测能力，对于硅基光电探测器以及其他领域的探测器的大规模工业制备具有指导意义。附图说明本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1是本专利技术的结构示意图；图1中的附图说明：1-基板，2-柔性衬底，3-半透明导电电极层，4-电子传输层，5-稀土钙钛矿活性层，6-空穴传输层，7-金属电极层，8-入射光线具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1一种基于光学微腔效应具有探测波长可调节的光电探测器，包括基板1，所述基板1上贴有柔性衬底2，柔性衬底2上镀有半透明导电电极层3，所述半透明导电电极层3自下而上依次旋涂有电子传输层4、稀土钙钛矿活性层5、空穴传输层6，所述电子传输层6上镀有金属电极层7。其中，所述柔性衬底2为PET。半透明导电电极层3采用厚度为30nm的Au导电电极。电子传输层4采用厚度为10nm的PEIE。稀土钙钛矿活性层5采用厚度为150nm的(La0.7Sm0.3)2/3Sr1/3MnO3，体异质结。空穴传输层6采用厚度为10nm的MnO3薄膜。金属电极层7采用厚度为100nm的银电极。一种基于光学微腔效应具有探测波长可调节的光电探测器的制备方法，包括以下制备步骤：1.对基板1进行清洗：将贴有柔性衬底层2的基板1依次放入洗涤剂、丙酮、去离子水、异丙醇中，每次超声清洗15min，然后通过惰性气体吹干。2.蒸镀半透明导电电极层3：再将基板1转移至真空蒸镀设备，在真空度小于3.0×10-3Pa的环境下蒸镀一层Au电极。再将半透明导电电极层3放入臭氧机中进行UV处理10min。3.旋涂电子传输层4：在经过臭氧处理之后的半透明导电电极层3上旋涂一层PEIE电子传输层4，控制转速为4000rpm、时间为20s，然后进行退火处理，退火温度控制在150℃，时间为15min。4.旋涂稀土钙钛矿活性层5：将已经旋涂了电子传输层4的基板1和稀土钙钛矿溶液在100℃下预热，用旋涂仪吸取稀土钙钛矿溶液旋涂在电子传输层4表面，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可调节探测波长的柔性光电探测器，包括最下方设置的基板(1)，其特征在于，所述基板(1)上贴有柔性衬底(2)，所述柔性衬底(2)蒸镀有半透明导电电极层(3)，再自下而上依次旋涂有电子传输层(4)、稀土钙钛矿活性层(5)、空穴传输层(6)、金属电极层(7)。/n

【技术特征摘要】
1.一种可调节探测波长的柔性光电探测器，包括最下方设置的基板(1)，其特征在于，所述基板(1)上贴有柔性衬底(2)，所述柔性衬底(2)蒸镀有半透明导电电极层(3)，再自下而上依次旋涂有电子传输层(4)、稀土钙钛矿活性层(5)、空穴传输层(6)、金属电极层(7)。


2.根据权利要求1所述的一种可调节探测波长的柔性光电探测器，其特征在于，所述柔性衬底(2)包括
a：塑料衬底，包括半结晶热塑性聚合物、非结晶聚合物、非结晶高玻璃化转变温度聚合物；
b：不锈钢衬底；
c:超薄玻璃衬底；
d:纸质衬底；
e:生物复合薄膜衬底
中的任意一种。


3.根据权利要求1所述的一种可调节探测波长的柔性光电探测器，其特征在于，
所述半透明导电电极层(3)的原料为金、银、铝电极、银纳米线和导电高分子薄膜中的任意一种，
所述半透明导电电极层(3)的厚度为2～30nm。


4.根据权利要求1所述的一种可调节探测波长的柔性光电探测器，其特征在于，
所述电子传输层(4)的原料组成为PEIE、PC61BM、TiO2、spiro-...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄江，贾晓伟，李娜，刘洁尘，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51