一种基于二维钙钛矿的紫外光电探测器制造技术

本发明专利技术为一种二维钙钛矿材料制备的光电探测器。该光电探测器从下到上依次为透明导电玻璃衬底、空穴传输层、二维钙钛矿活性层(A)2(B)

【技术实现步骤摘要】
一种基于二维钙钛矿的紫外光电探测器


[0001]本专利技术属于新型半导体材料光电探测领域，具体来说，就是一类用于光电探测的二维钙钛矿材料及其光电探测器的制备方法。

技术介绍

[0002]光电探测器的原理是利用光和物质之间的相互作用，收集特定波长的光转化成可以进行测量的电信号。在农业、工业、军事等领域都有广泛应用，如：成像、光通信、环境监测、空间探测等。从有机
‑
无机杂化钙钛矿作为可见光敏化剂用于光伏电池开始，在过去的十年里不断取得开创性的进展，钙钛矿太阳能电池的转化效率不断提高。由于钙钛矿具有优异的光电特性，在光电探测器方面也引起了人们的广泛研究，并取得了一系列较好的成果。
[0003]有机
‑
无机杂化钙钛矿具有高载流子迁移率，大的光吸收系数，长的载流子扩散长度以及可调的直接带隙等一系列较好的光电性能而受到很多研究。钙钛矿材料因其优良的光电特性非常适合在太阳能电池，发光二极管，激光器和光电探测器等光电转换器件上面的应用。目前为止，已经在多晶薄膜、纳米结构以及体单晶钙钛矿材料上实现了可见和紫外光电探测器，在器件性能和相关物理机制方面都取得了明显的进展。
[0004]有机
‑
无机杂化钙钛矿材料制备的紫外探测器在民用和军用方面具有非常广阔的应用前景，现已成为半导体紫外光电探测器领域的一个新的研究热点。三维钙钛矿CH3NH3PbCl3是钙钛矿体系中带隙较宽的一种半导体材料，其室温下禁带宽度约为3.1eV，非常适合用于制备紫外光电探测器。尽管已有一些有关CH3NH3PbCl3紫外光电探测器的报道，但是对这一方面的研究仍然处在起步阶段。目前材料CH3NH3PbCl3及其紫外光电探测器的应用面临的主要问题有：材料中本征缺陷密度高；器件的响应度低、暗电流大；器件性能稳定性差；缺乏优质结构器件等。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的为针对现有技术中钙钛矿光电探测器在空气中放置时器件的长期稳定性差、衰减速度快而不能有效的进行商业化应用的问题，专利技术了一种基于二维钙钛矿的紫外光电探测器。该探测器以二维RP相钙钛矿材料(A)2(B)
n
‑1Pb
n
Cl
3n+1
作为活性层来制备光电探测器，制备中采用二维RP相钙钛矿(A)2(B)
n
‑1Pb
n
Cl
3n+1
前驱液，并加入长链氯化物有机铵盐(ACl)，并通过低压辅助处理得到高质量的钙钛矿薄膜。基于该薄膜制备的光电探测器能显著的改善器件的稳定性，降低器件的暗电流，从而提升器件的探测率，在未来具有良好的应用前景。
[0006]本专利技术的技术方案为：
[0007]一种二维钙钛矿材料制备的光电探测器，该光电探测器从下到上依次为透明导电玻璃衬底、空穴传输层、二维钙钛矿活性层(A)2(B)
n
‑1Pb
n
Cl
3n+1
、电子传输层、空穴阻挡层、防腐蚀金属层和对电极金属。
[0008]进一步来讲，所述的空穴阻挡层的厚度为1
‑
50nm、电子传输层的厚度为5
‑
100nm、钙钛矿活性层的厚度为100
‑
500nm、空穴传输层的厚度为5
‑
100nm、防腐蚀层厚度为1
‑
10nm。
[0009]所述的衬底优选为ITO导电玻璃，ITO的电阻5～30Ω。
[0010]所述钙钛矿活性层薄膜为二维钙钛矿材料，其通式为(A)2(B)
n
‑1Pb
n
Cl
3n+1
，其A位阳离子是PMA
+
(C6H5CH2NH
3+
)、PEA
+
(C6H5(CH2)2NH
3+
)、BA
+
(CH3(CH2)3NH
3+
)、5AVA
+
(HOOC(CH2)4NH3
+
)、3APA
+
(H00C(CH2)2NH
3+
)、CH3CH2CH2NH
3+
、CH(CH3)2CH2NH
3+
、C(CH3)3NH
3+
、CH3(CH2)4NH
3+
、CH3(CH2)
11
NH
3+
)；B位阳离子是MA
+
(CH3NH
3+
)、FA
+
(NH2CH＝NH
2+
)或Cs
+
。
[0011]n值为1
‑
60。
[0012]所述的对电极金属为金、银、铜或铝。
[0013]所述的防腐蚀金属为铋或铬。
[0014]所述的空穴传输层为2,2',7,7'
‑
四(二苯基氨基)
‑
9,9'
‑
螺双芴(Spiro)、聚[双(4
‑
苯基)(2，4，6
‑
三甲基苯基)胺](PTAA)、聚
‑
3己基噻吩(P3HT)、N,N'
‑
二苯基
‑
N,N'
‑
(1
‑
萘基)
‑
1,1'
‑
联苯
‑
4,4'
‑
二胺(NPB)、三氧化钼、氧化镍、碘化亚铜、硫氰酸亚铜、钛箐铜、氧化铬中的至少一种。
[0015]所述电子传输层为[6,6]‑
苯基C61丁酸甲酯(PCBM)，碳60(C60)，氧化锌纳米颗粒，二氧化锡纳米颗粒中的至少一种。
[0016]所述空穴阻挡层为聚乙烯亚胺(PEI)、Cr2O
X
、2,9
‑
二甲基
‑
4,7
‑
联苯
‑
1,10
‑
菲罗啉(BCP)、聚[(9,9
‑
二(3'
‑
(N,N
‑
二甲氨基)丙基)芴基
‑
2,7
‑
二基)
‑
alt
‑
[(9,9
‑
二正辛基芴基
‑
2,7
‑
二基)(PFN)中的一种。
[0017]所述用二维钙钛矿材料制备光电探测器的方法，包括以下步骤：
[0018](1)将衬底预处理：
[0019]将衬底分别用玻璃清洁剂、去离子水和乙醇溶液分别超声清洗10
‑
30分钟，再在氮气环境中干燥，最后在紫外
‑
臭氧机(UV
‑
Ozone)里面处理15
‑
30分钟；
[0020](2)在衬底上制作空穴传输本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维钙钛矿材料制备的光电探测器，其特征为该光电探测器从下到上依次为透明导电玻璃衬底、空穴传输层、二维钙钛矿活性层、电子传输层、空穴阻挡层、防腐蚀金属层和对电极金属；所述钙钛矿活性层为二维钙钛矿材料，其通式为(A)2(B)
n
‑1Pb
n
Cl
3n+1
，A位阳离子是PMA
+
(C6H5CH2NH
3+
)、PEA
+
(C6H5(CH2)2NH
3+
)、BA
+
(CH3(CH2)3NH
3+
)、5AVA
+
(HOOC(CH2)4NH3
+
)、3APA
+
(H00C(CH2)2NH
3+
)、CH3CH2CH2NH
3+
、CH(CH3)2CH2NH
3+
、C(CH3)3NH
3+
、CH3(CH2)4NH
3+
、CH3(CH2)
11
NH
3+
)；B位阳离子是MA
+
(CH3NH
3+
)、FA
+
(NH2CH＝NH
2+
)或Cs
+
；n值为1
‑
60。2.如权利要求1所述的二维钙钛矿材料制备的光电探测器，其特征为所述的衬底优选为ITO导电玻璃，ITO的电阻5～30Ω；所述的对电极金属为金、银、铜或铝；所述的防腐蚀金属为铋或铬。3.如权利要求1所述的二维钙钛矿材料制备的光电探测器，其特征为所述的空穴阻挡层的厚度为1
‑
50nm、电子传输层的厚度为5
‑
100nm、钙钛矿活性层的厚度为100
‑
500nm、空穴传输层的厚度为5
‑
100nm、防腐蚀层厚度为1
‑
10nm。4.如权利要求1所述的二维钙钛矿材料制备的光电探测器，其特征为所述的空穴传输层为2,2',7,7'
‑
四(二苯基氨基)
‑
9,9'
‑
螺双芴(Spiro)、聚[双(4
‑
苯基)(2，4，6
‑
三甲基苯基)胺](PTAA)、聚
‑
3己基噻吩(P3HT)、N,N'
‑
二苯基
‑
N,N'
‑
(1
‑
萘基)
‑
1,1'
‑
联苯
‑
4,4'
‑
二胺(NPB)、三氧化钼、氧化镍、碘化亚铜、硫氰酸亚铜、钛箐铜、氧化铬中的至少一种；所述电子传输层为[6,6]
‑
苯基C61丁酸甲酯(PCBM)，碳60(C60)，氧化锌纳米颗粒，二氧化锡纳米颗粒中的至少一种；所述空穴阻挡层为聚乙烯亚胺(PEI)、Cr2O
X
、2,9
‑
二甲基
‑
4,7
‑
联苯
‑
1,10
‑
菲罗啉(BCP)、聚[(9,9
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴存存，韩佳衡，郑士建，刘彩池，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：