钙钛矿厚膜X射线探测器及其制备方法技术

本发明专利技术提供钙钛矿厚膜X射线探测器及其制备方法，钙钛矿厚膜X射线探测器的特征在于包括：透明导电膜基底、空穴传输层、钙钛矿厚膜、电子传输层、电极，其中，钙钛矿厚膜通过真空热共蒸发法制得，并且位于空穴传输层和电子传输层之间。制备方法的特征在于：将不同的钙钛矿原料分别放入不同的束源炉，并分别加到各自的沸点，同时对基底进行原位加热，然后进行真空热共蒸得到钙钛矿厚膜。本发明专利技术所提供的钙钛矿厚膜X射线探测器具有优异的电荷传输性能、极快的响应速度、较高的X射线灵敏度和较好的稳定性，并且制备工艺简单，厚度可调，易于在柔性基底上制备，在医学成像、航空安检等领域具有广泛潜在应用。

【技术实现步骤摘要】
钙钛矿厚膜X射线探测器及其制备方法
本专利技术属于X射线器件领域，具体涉及真空沉积法制备的钙钛矿厚膜X射线探测器和该探测器的制备方法。技术背景X射线探测器在生活中有广泛的应用，比如医学成像、航空领域等。厚并且密度大的材料才能更好地吸收X射线。在X射线探测领域，基于多晶硅和CdTe等半导体材料的X射线探测器已有成熟的工艺和广泛的应用。但是基于这些无机材料的X射线探测器制备工艺复杂、成本高，而且不能应用在柔性基底上。因此，寻找可替代的X射线探测器材料迫在眉睫。近年来，钙钛矿材料由于具有高的吸收系数、带隙可调、长的载流子寿命等出色的光电特性，使其在X射线探测领域有着重大进展。除此之外，钙钛矿还有大原子序数的元素，这能更好地吸收X射线。目前人们制备钙钛矿X射线探测器的方法主要是单晶溶液法，但溶液生长出的单晶易脆，稳定性差，仍然无法在柔性基底上使用。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于出一种厚度可调，可在柔性基底上制备，并且具有优良性能的钙钛矿厚膜X射线探测器及制备方法。本专利技术为了实现上述目的，采用了以下方案：<X射线探测器>本专利技术提供一种钙钛矿厚膜X射线探测器，其特征在于，包括：透明导电膜基底、空穴传输层、钙钛矿厚膜、电子传输层、电极，其中，钙钛矿厚膜通过真空热共蒸发法制得，并且位于空穴传输层和电子传输层之间。优选地，本专利技术所提供的钙钛矿厚膜X射线探测器，还可以具有这样的特征：钙钛矿厚膜X射线探测器具有光敏二极管型器件结构，为P-I-N型或N-I-P型；P-I-N型钙钛矿厚膜X射线探测器由下至上依次包括：透明导电膜基底、空穴传输层、钙钛矿厚膜、电子传输层、电极；N-I-P型钙钛矿厚膜X射线探测器由下至上依次包括：透明导电膜基底、电子传输层、钙钛矿厚膜、空穴传输层、电极。优选地，本专利技术所提供的钙钛矿厚膜X射线探测器，还可以具有这样的特征：在P-I-N型钙钛矿厚膜X射线探测器中，在电子传输层和电极之间还形成有界面修饰层；在N-I-P型钙钛矿厚膜X射线探测器中，电子传输层和钙钛矿厚膜之间还形成有界面修饰层。优选地，本专利技术所提供的钙钛矿厚膜X射线探测器，还可以具有这样的特征：钙钛矿厚膜为具有ABX3化学组成的杂化钙钛矿材料，A选自甲胺、甲脒、铯、铷等一价阳离子，B选自铅、锡、锗等二价阳离子，X选自碘、溴、氯的一价负离子。优选地，本专利技术所提供的钙钛矿厚膜X射线探测器，还可以具有这样的特征：钙钛矿厚膜的厚度为0.5～200μm，更佳为5～50μm。优选地，本专利技术所提供的钙钛矿厚膜X射线探测器，还可以具有这样的特征：空穴传输层的膜厚为10～40nm；电子传输层的膜厚为50～200nm；界面修饰层的膜厚为1～8nm；电极的膜厚为50～200nm。优选地，本专利技术所提供的钙钛矿厚膜X射线探测器，还可以具有这样的特征：透明导电膜基底为在玻璃或柔性基底上沉积铟掺杂的氧化锡(ITO)透明导电薄膜；柔性基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亚胺(PI)中的至少一种材料制成；空穴传输层为聚TPD(poly-TPD)、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)、氧化镍(NiOx)、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)、4,4'-环己基二[N,N-二(4-甲基苯基)苯胺](TAPC)、聚3-己基噻吩(P3HT)、碘化亚铜(CuI)或2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)中至少一种材料制成；电子传输层为富勒烯衍生物C70、C60、PCBM、硫化镉、氧化锡中至少一种材料制成；界面修饰层为浴铜灵、三氧化钼、碳酸铯、氟化锂中至少一种材料制成；电极为金、银、铜或铝中至少一种材料制成。<制备方法>另外，本专利技术还提供了一种钙钛矿厚膜X射线探测器的制备方法，其特征在于：钙钛矿厚膜的制备方法为：将不同的钙钛矿原料分别放入不同的束源炉，并分别加到各自的沸点，同时对基底进行原位加热，然后进行真空热共蒸。优选地，本专利技术所提供的P-I-N型钙钛矿厚膜X射线探测器的制备方法包括如下步骤：1)将至少两种钙钛矿原料分别放入不同的束源炉(每种原料独立地放入一个束源炉中)，并分别加到各自的沸点，同时对基底进行原位加热，然后在沉积有空穴传输层的透明导电膜基底上进行真空热共蒸得到钙钛矿厚膜，其中钙钛矿原料的沸点在200～1000℃，最佳的基底加热温度为50～150℃，最佳的膜厚为0.5～10μm；2)将步骤1)中得到的钙钛厚膜矿在热台上进行热退火处理，或不退火；其中最佳的退火温度范围为50～180℃，最佳的分步退火步骤为：60℃退火5min，80℃退火5min，100℃退火5min，120℃退火5min，140℃退火120min；3)将步骤2)中的钙钛矿厚膜依次沉积电子传输层、界面修饰层(或不沉积该层)和电极后制备得到P-I-N型钙钛矿厚膜X射线探测器。优选地，本专利技术所提供的N-I-P型钙钛矿厚膜X射线探测器的制备方法包括如下步骤：1)将至少两种钙钛矿原料分别放入不同的束源炉(每种原料独立地放入一个束源炉中)，并分别加到各自的沸点，同时对基底进行原位加热，然后在沉积有电子传输层(这里电子传输层上还可以预先沉积有界面修饰层)的透明导电膜基底上进行真空热共蒸得到钙钛矿厚膜，其中钙钛矿原料的沸点在200～1000℃，最佳的基底加热温度为50～150℃，最佳的膜厚为0.5～10μm；2)将步骤1)中得到的钙钛厚膜矿在热台上进行热退火处理，或不退火；其中最佳的退火温度范围为50～180℃，最佳的分步退火步骤为：60℃退火5min，80℃退火5min，100℃退火5min，120℃退火5min，140℃退火120min；3)将步骤2)中的钙钛矿厚膜依次沉积空穴传输层和电极后制备得到N-I-P型钙钛矿厚膜X射线探测器。专利技术的作用与效果1.本专利技术所提供的钙钛矿厚膜X射线探测器具有优异的电荷传输性能、极快的响应速度，较高的X射线灵敏度(大于2000μGycm-2s-1)和较好的稳定性(28天后器件探测X射线的性能几乎无衰减)。2.本专利技术所提供的钙钛矿厚膜X射线探测器可在基于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚酰亚胺(PI)等柔性基底上制备。3.本专利技术所提供制备方法能够非常容易地调控钙钛矿厚膜的厚度，不同的钙钛矿厚膜厚度对应不同的器件性能，从而可以根据不同性能需求，制备得到具有不同厚度钙钛矿厚膜的钙钛矿厚膜X射线探测器。4.本专利技术制备工艺简单，可以非常方便、低成本制备得到高性能并具有高稳定性的钙钛矿厚膜X射线探测器，在医学成像、航空安检等领域具有广泛潜在应用。附图说明图1为本专利技术实施例中制备的钙钛矿厚膜X射线探测器(包括P-I-N型和N-I-P型两种光敏二极管器件结构)、蒸发工艺示意图及表征形貌图；其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钙钛矿厚膜X射线探测器，其特征在于，包括：/n透明导电膜基底、空穴传输层、钙钛矿厚膜、电子传输层、电极，/n其中，所述钙钛矿厚膜通过真空热共蒸发法制得，并且位于所述空穴传输层和所述电子传输层之间。/n

【技术特征摘要】
20201229 CN 20201159874921.一种钙钛矿厚膜X射线探测器，其特征在于，包括：
透明导电膜基底、空穴传输层、钙钛矿厚膜、电子传输层、电极，
其中，所述钙钛矿厚膜通过真空热共蒸发法制得，并且位于所述空穴传输层和所述电子传输层之间。


2.根据权利要求1所述的钙钛矿厚膜X射线探测器，其特征在于：
其中，所述钙钛矿厚膜X射线探测器具有光敏二极管型器件结构，为P-I-N型或N-I-P型；
所述P-I-N型钙钛矿厚膜X射线探测器由下至上依次包括：所述透明导电膜基底、所述空穴传输层、所述钙钛矿厚膜、所述电子传输层、所述电极；
所述N-I-P型钙钛矿厚膜X射线探测器由下至上依次包括：所述透明导电膜基底、所述电子传输层、所述钙钛矿厚膜、所述空穴传输层、所述电极。


3.根据权利要求2所述的钙钛矿厚膜X射线探测器，其特征在于：
其中，在所述P-I-N型钙钛矿厚膜X射线探测器中，在所述电子传输层和所述电极之间还形成有界面修饰层；
在所述N-I-P型钙钛矿厚膜X射线探测器中，所述电子传输层和所述钙钛矿厚膜之间还形成有界面修饰层。


4.根据权利要求1所述的钙钛矿厚膜X射线探测器，其特征在于：
其中，所述钙钛矿厚膜为具有ABX3化学组成的杂化钙钛矿材料，A选自甲胺、甲脒、铯、铷的一价阳离子，B选自铅、锡、锗的二价阳离子，X选自碘、溴、氯的一价负离子。


5.根据权利要求1所述的钙钛矿厚膜X射线探测器，其特征在于：
其中，所述钙钛矿厚膜的厚度为0.5～200μm。


6.根据权利要求1所述的钙钛矿厚膜X射线探测器，其特征在于：
其...

【专利技术属性】
技术研发人员：林乾乾，李威，许亚伦，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42