零偏压高灵敏度钙钛矿单晶X射线探测器以及制备方法技术

本发明专利技术属于X射线探测器领域，具体涉及一种零偏压高灵敏度钙钛矿单晶X射线探测器以及制备方法。本申请的零偏压高灵敏度钙钛矿单晶X射线探测器，其结构依下自上为：阳极ITO玻璃、空穴传输层PTAA薄膜、FA

【技术实现步骤摘要】
零偏压高灵敏度钙钛矿单晶X射线探测器以及制备方法


[0001]本专利技术属于X射线探测器领域，具体涉及一种零偏压高灵敏度钙钛矿单晶X射线探测器以及制备方法。

技术介绍

[0002]X射线探测器能够实现 X射线信号向电信号的转换，在工业，安防，医疗及军事领域均有重要应用。零偏压下高灵敏度的X射线探测器能够在便携式移动设备中进行应用。现有的多数X射线探测器，需要在较高工作电压下才显示出高的灵敏度。对于光伏型X射线探测器的备选材料FA
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PbI3而言，其禁带宽度已经在抑制离子迁移的基础上，尽可能接近X射线光谱能量范围，并且它具有相应高的光吸收系数，高载流子迁移率，长载流子扩散长度。
[0003]目前，自驱动型光电探测器主要分为两种，第一种是将聚合物材料掺杂到钙钛矿活性层种，利用极化效应使电子和空穴分离，但仍需要外加电场，无法实现真正意义上的自驱动，另一种是本实验中的PIN结构，利用其较长的载流子扩散长度，能够具有较高的光转换效率，从而实现器件的便携与集成。目前X射线具有较强穿透能力，因此为实现高衰减效率，X射线探测器普遍需要光活性层厚度达到0.5mm以上，空间限域法是直接进行单晶薄膜生长的良好方法，具有晶体质量好，缺陷密度低等优点，但限于限域体积小，单晶薄膜只能具备较低的厚度（约0.1mm），而无法实现较高的X射线衰减效率，因此无法具有较好的成像和探测能力。

技术实现思路

[0004]针对X射线探测器的需要高压驱动以及空间限域法制备的薄钙钛矿活性层成像性能及探测能力差的问题，本专利技术通过对空间限域法单晶薄膜的再加工，构建了一种自驱动便携化的钙钛矿X射线探测器，结构类似于太阳能，由底至上依次为，阳极ITO玻璃、空穴传输层PTAA薄膜、FA
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PbI3活性层、电子传输层BCP/C60及阴极Cu薄膜；通过二次生长获得的结晶质量较好较厚钙钛矿单晶活性层，与PTAA界面处连续结构既保证了空穴与电子的有效分离，也保证了高的X射线衰减效率，实现了器件的自驱动条件下高灵敏度工作效果。
[0005]本专利技术的技术方案是：一种零偏压高灵敏度钙钛矿单晶X射线探测器，其结构依下自上为：阳极ITO玻璃、空穴传输层PTAA薄膜、FA
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PbI3活性层、电子传输层BCP/C60及阴极Cu薄膜；所述FA
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PbI3活性层为铅碘甲胺MAPbI3与铅碘甲脒FAPbI3晶体混合制备而成。
[0006]优选地，所述FA
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PbI3活性层的厚度为0.1mm
‑
1.5mm。
[0007]优选地，所述最顶层的阴极Cu薄膜的厚度为50
‑
120nm，所述蒸镀速率为0.6
‑
1.2
Å
/s。
[0008]优选地，所述阳极ITO玻璃的厚度为1.1mm。
[0009]优选地，所述空穴传输层PTAA薄膜的厚度为2
‑
10nm；所述空穴传输层PTAA薄膜的制备方法为：将PTAA溶于氯苯中，旋涂于玻璃基底上，将基底转移至热台上退火处理。
[0010]优选地，所述电子传输层中BCP厚度为2
‑
8nm；所述电子传输层中C60厚度为10
‑
50nm，所述蒸镀速率为0.1
‑
0.3
Å
/s。
[0011]优选地，所述FA
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MA
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PbI3活性层的制备，包括两次生长：一次生长为空间限域法；二次生长将一次生长得到的单晶薄膜连同基底一同放入过饱和FA
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PbI3前驱体溶液中进行。
[0012]进一步地，所述FA
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PbI3活性层的制备方法，包括以下步骤：S1碘铅甲胺甲脒FA
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PbI3前驱体溶液的制备，将铅碘甲胺与铅碘甲脒晶体溶于γ
‑
丁内酯，形成澄清的碘铅甲胺甲眯前驱体溶液；S2将碘铅甲胺甲脒前驱体溶液滴加于玻璃基底上并合拢上下两片ITO玻璃,确保溶液铺展至整个玻璃基底；60度逆温生长至110度，得到单晶薄膜；S3将S2的单晶薄膜连同基底，一起放入过饱和碘铅甲胺甲眯FA
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PbI3前驱体溶液中静止浸泡；以60℃/h升温速率将热台温度升至74℃，以2℃/h再进一步升温至81℃；使其厚度增加；将溶液吸出，于N2环境下密闭静置。
[0013]优选地，所述S1中铅碘甲胺与铅碘甲脒晶体的摩尔比为1:1；所述滴加到玻璃基底上碘铅甲胺甲眯前驱体溶液的体积与玻璃基底的面积比为2
‑
8μL/cm2。
[0014]上述零偏压高灵敏度钙钛矿单晶X射线探测器的制备方法，包括以下步骤：1）清洗ITO玻璃衬底；UV
‑
O3处理ITO玻璃衬底；2）制备空穴传输层PTAA薄膜；3）在步骤（2）的PTAA薄膜上制备FA
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PbI3单晶钙钛矿薄膜；4）蒸镀C60及BCP，蒸镀Cu；所述步骤3）
‑
步骤4）在高纯N2中进行。
[0015]上述步骤S3吸出溶液可统一收集，于热台上加热，45℃开始，至115℃，将析出晶体过滤收集，于烘箱中80℃烘干，得FA
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PbI3块体，再按1.7mmol/ml溶于γ
‑
丁内酯中，从而达到节约原料，节约成本的目标。
[0016]本申请采用类似太阳能电池结构，实现自驱动，无需外用电压实现检测；采用铅碘甲胺CH3NH3PbI3与铅碘甲脒CH(NH2)2PbI3，通过二次生长获得的结晶质量较好，较厚的钙钛矿单晶活性层，与PTAA界面处连续结构既保证了空穴与电子的有效分离，也保证了高的X射线衰减效率。
[0017]本专利技术的有益效果：（1）本专利技术实现了一次空间限域生长无法实现的晶体厚度，避免了空间限制法一次生长的生长厚度局限，实现了高X射线衰减效率。
[0018]（2）本专利技术所制备的单晶X射线探测器无需蒸镀Au电极，仅需蒸镀Cu电极。降低了工艺成本。
[0019]（3）本专利技术的单晶X射线探测器可以在零偏压下运行，并且实现高灵敏度，减少了外加极化或是外加电场的成本，可以帮助实现集成化或便携产品。
附图说明
[0020]图1为本钙钛矿单晶X射线探测器的器件结构示意图；图2为本钙钛矿单晶X射线探测器的X射线探测测试都的IV曲线，可见在0V偏压下，清晰可见光暗电流差2个数量级；图3为本钙钛矿单晶薄膜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种零偏压高灵敏度钙钛矿单晶X射线探测器，其特征在于，其结构依下自上为：阳极ITO玻璃、空穴传输层PTAA薄膜、FA
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MA
0.5
PbI3活性层、电子传输层BCP/C60及阴极Cu薄膜；所述F
A0.5
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0.5
PbI3活性层为甲胺铅碘MAPbI3与甲脒铅碘FAPbI3晶体混合制备而成。2.根据权利要求1所述的零偏压高灵敏度钙钛矿单晶X射线探测器，其特征在于，所述FA
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PbI3活性层的厚度为0.1mm
‑
1mm。3.根据权利要求1所述的零偏压高灵敏度钙钛矿单晶X射线探测器，其特征在于，所述最顶层的阴极Cu薄膜的厚度为50
‑
120nm。4.根据权利要求1所述的零偏压高灵敏度钙钛矿单晶X射线探测器，其特征在于，所述空穴传输层PTAA薄膜的厚度为2
‑
10nm；所述空穴传输层PTAA薄膜的制备方法为：将PTAA溶于氯苯中，旋涂于ITO玻璃基底上，将基底转移至热台上退火处理。5.根据权利要求1所述的零偏压高灵敏度钙钛矿单晶X射线探测器，其特征在于，所述电子传输层中BCP厚度为3nm；所述电子传输层中C60厚度为20
‑
40nm。6.根据权利要求1所述的零偏压高灵敏度钙钛矿单晶X射线探测器，其特征在于，所述FA
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PbI3活性层的制备，包括两次生长：一次生长为空间限域法；二次生长将一次生长得到的材料放入过饱和FA
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PbI3前驱体溶液中进行。7.根据权利要求1
‑
6任一所述的零偏压高灵敏度钙钛矿单晶X射线探测器，其特征在于，所述FA
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PbI3...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈召来，吴金明，冯安波，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：