ABX制造技术

本发明专利技术公开了一种ABX

【技术实现步骤摘要】
ABX3型钙钛矿多晶片X-Ray光电成像器件
本专利技术属于电子器件
，更进一步涉及一种ABX3型钙钛矿材料的X-Ray光电成像器件，可用于射线测量和探测、医疗X探测成像、安防X探测成像。
技术介绍
光电成像器件作为在光电信息
重要的传感器件，具有将光信号转变为电信号的功能，具有体积小、能耗低、可集成度高等优点,在安防，医学，科学研究领域以及日常生活中都有着广泛的应用，例如成像传感、环境监测、国防军工等。传统的光电成像器件的原理主要是利用外光电导或内光电导效应，探测器中的电子直接吸收光子的能量，产生光生载流子，改变光生载流子的动能和运动状态，从而产生电信号，在光电二极管阵列上产生不同大小的电流密度，从而达到成像效果。钙钛矿作为近年来备受追捧的光电转换材料，除去可以用于制备超高效的光电池外，这种奇妙的晶体还有另外一个最有发展潜力的用途，那就是用于X射线成像，与目前已商用的X射线成像仪相比，基于钙钛矿化合物的器件的灵敏度高，且能耗低，在某些特定的应用中，还可以对材料进行调整，使其在被辐射时发出彩色光。三星电子和韩国高校组成的研究团队展示了首个多晶钙钛矿薄膜和多晶硅TFT阵列组成的高像素成像系统，并且获得了比多晶硒成像系统更高的灵敏度和更低的成像剂量。但是由于其采用了薄膜晶体管TFT阵列和复杂的衬底接触工艺，使器件制作工艺成本增加，制作周期延长，不方便直接成像。浙江大学杨旸教授课题组在其发表的论文“PerovskitesemiconductorsfordirectX-raydetectionandimaging(J.Semicond.2020,41(5):051204)”中通过单像素扫描或低集成度的阵列制备了成像器件，实现了X射线的直接成像，验证了钙钛矿材料作为直接转换层进行成像的可行性。然而阵列的引入仍然受到实验条件的制约，增加了器件制备的难度，影响器件成膜质量，使得直接成像效果并不明显。
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缺点，提供一种基于热压工艺的有机ABX3型钙钛矿多晶片X-Ray光电成像器件，以降低现有的成像器件的工艺制作成本，减少制作周期，方便直接成像。实现本专利技术的具体思路是，利用钙钛矿材料作为光电成像探测器的直接光吸收层具有直接带隙能带、吸收系数大、载流子寿命长、扩散长度长的优点，采用热压法工艺快速制备厚度在1mm左右的钙钛矿多晶片，以提高对X-Ray的光探测率，并能有效降低暗电流；通过在转换层上下分别旋涂电子传输层和空穴传输层，以快速提高电荷移动速率，提高光响应度；通过在传输层上交叉垂直蒸镀金属电极，形成5×5的像素点，便于在金属电极上直接成像。根据上述思路，本专利技术的有机ABX3型钙钛矿多晶片X-Ray光电成像器件，自下而上包括，底部金属电极、空穴传输层、钙钛矿转换层、电子传输层，顶部金属电极，其特征在于：所述底部金属电极和所述顶部金属电极，均采用间隔为0.5mm-1.5mm的条形结构，且厚度相同；所述空穴传输层采用2,2’,7,7’-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴材料或聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]材料中的一种；所述钙钛矿转换层，采用MAPbI3、FAPbI3、CsPbI3或MAxFAyPbI3材料中的一种；所述电子传输层采用[6，6]－苯基－C61－丁酸异甲酯([60]PCBM)材料或[6，6]－苯基－C71－丁酸异甲酯([70]PCBM)材料的一种。作为优选，所述底部金属电极和所述顶部金属电极的电极厚度均为100～300nm。作为优选，所述空穴传输层的厚度为50-100nm；作为优选，所述钙钛矿转换层的厚度为0.9mm-1.2mm；作为优选，所述电子传输层的厚度为50-100nm。根据上述思路，本专利技术制备有机ABX3型钙钛矿多晶片X-Ray光电成像器件的方法，给出如下两种技术方案：方案1，一种有机ABX3型钙钛矿多晶片X-Ray光电成像器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)制备钙钛矿转换层：1a)将MAI、FAI、CsI中的任一种固体粉末与PbI2、PbBr2、PbCl2中的任一种固体粉末按照1.15:1的质量比混合并充分研磨,生成ABX3型钙钛矿固体粉末；1b)将研磨生成后的ABX3型钙钛矿固体粉末放入模具中进行固定，再将模具放入热压机中，设置热压机压强为6-10MPa，上、下热台温度均为120-180℃，热反应时间为1-1.5小时，同时打开热压机冷凝水装置，进行热反应制备出钙钛矿多晶片；2)制备电子传输层：2a)取40mg[6，6]－苯基－C61－丁酸异甲酯([60]PCBM)材料，添加到2ml的氯苯中充分搅拌后，得到电子传输层前驱体溶液；2b)从配制好的电子传输层前驱体溶液中取80μL，采用匀胶机设备以3000rpms转速旋涂于制备好的钙钛矿吸收层的上层，旋涂20s后静置2-3min，完成电子传输层的制备；3)制备空穴传输层：3a)取90mg2,2’,7,7’-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴材料，18μL520mg/ml的Li-TFSI材料，29μL的100mg/ml的FK209材料和29μL的4-叔丁基吡啶材料，并将这四种材料添加到1ml的氯苯中充分混合搅拌后，得到空穴传输层前驱体溶液；3b)从配制好的空穴传输层前驱体溶液中取80μL，采用匀胶机设备以4000rpms转速旋涂于制备好的钙钛矿吸收层的下层，旋涂时间为30s，旋涂完成后静置2-3min，完成空穴传输层的制备；4)制备顶部金属电极：使用真空镀膜仪，设置腔室真空度低于10-5Pa，以的速率在上层电子传输层上蒸镀水平金属条形电极,完成顶部电极的制备；5)制备底部金属电极：使用真空镀膜仪，设置腔室真空度低于10-5Pa，以的速率在下层空穴传输层上蒸镀竖直金属条形电极，最终在底部金属电极与顶部金属电极之间形成5×5个重合的像素点，完成器件的制备。方案2，一种制备有机ABX3型钙钛矿多晶片X-Ray光电成像器件的方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步，制备钙钛矿转换层：将MAI、FAI、CsI中的任一种固体粉末与PbI2、PbBr2、PbCl2中的任一种固体粉末按照1.15:1的质量比混合并充分研磨,生成ABX3型钙钛矿固体粉末；将研磨生成后的ABX3型钙钛矿固体粉末放入模具中进行固定，再将模具放入热压机中，设置热压机压强为6-10MPa，上、下热台温度均为120-180℃，热反应时间为1-1.5小时，同时打开热压机冷凝水装置，进行热反应制备出钙钛矿多晶片；第二步，制备电子传输层：取40mg[6，6]－苯基－C71－丁酸异甲酯([70]PCBM)材料，添加到2ml的氯苯中充分搅拌后，得到电子传输层前驱体溶液；从配制好的电子传输层前驱体溶液中取80μL，采用匀胶机设备以3000rpms转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有机ABX

【技术特征摘要】
1.一种有机ABX3型钙钛矿多晶片X-Ray光电成像器件，自下而上包括，底部金属电极(1)、空穴传输层(2)、钙钛矿转换层(3)、电子传输层(4)，顶部金属电极(5)；
其特征在于：
所述底部金属电极(1)和所述顶部金属电极(5)，均采用间隔为0.5mm-1.5mm的条形结构，且厚度相同；
所述空穴传输层(2)采用2,2’,7,7’-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴材料或聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]材料中的一种；
所述钙钛矿转换层(3)，采用MAPbI3、FAPbI3、CsPbI3、或MAxFAyPbI3材料中的一种固体多晶片；
所述电子传输层(4)采用[6，6]－苯基－C61－丁酸异甲酯([60]PCBM)材料或[6，6]－苯基－C71－丁酸异甲酯([70]PCBM)材料的任意一种。


2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，底部金属电极(1)和所述顶部金属电极(5)的电极厚度均为100-300nm。


3.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，钙钛矿转换层(3)的厚度为0.9mm-1.2mm。


4.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，电子传输层(4)的厚度为50-100nm。


5.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，空穴传输层(2)的厚度为50-100nm。


6.一种制备有机ABX3型钙钛矿多晶片X-Ray光电成像器件的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)制备钙钛矿转换层(3)：
1a)将MAI、FAI、CsI中的任一种固体粉末与PbI2、PbBr2、PbCl2中的任一种固体粉末按照1.15:1的质量比混合并充分研磨,生成ABX3型钙钛矿固体粉末；
1b)将研磨生成后的ABX3型钙钛矿固体粉末放入模具中进行固定，再将模具放入热压机中，设置热压机压强为6-10MPa，上、下热台温度均为120-180℃，热反应时间为1-1.5小时，同时打开热压机冷凝水装置，进行热反应制备出钙钛矿多晶片；
2)制备电子传输层(4)：
2a)取40mg[6，6]－苯基－C61－丁酸异甲酯([60]PCBM)材料，添加到2ml的氯苯中充分搅拌后，得到电子传输层前驱体溶液；
2b)从配制好的电子传输层前驱体溶液中取80μL，采用匀胶机设备以3000rpms转速旋涂于制备好的钙钛矿吸收层的上层，旋涂20s后静置2-3min，完成电子传输层的制备；
3)制备空穴传输层(2)：
3a)取90mg2,2’,7,7’-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴材料，18μL520mg/ml的Li-TFSI材料，29μL的100mg/ml的FK209...

【专利技术属性】
技术研发人员：常晶晶，刘梦雨，林珍华，苏杰，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