一种基于量子点的自驱动光电探测器及其制备方法技术

本发明专利技术属于光电探测器技术领域，公开了一种基于量子点的自驱动光电探测器制备方法，首先在ITO玻璃衬底上旋涂一层ZnO，随后利用逐层旋涂和配体交换的方法沉积CdSe/CdS核壳量子点光敏层，接下来用热蒸发沉积一层MoO3，最后蒸镀一层金属电极层，得到基于量子点的自驱动光电探测器。本发明专利技术通过调节核壳量子点的能带结构，构建基于量子点的自驱动光电探测器，实现对器件光电性能的优化和提升。现对器件光电性能的优化和提升。现对器件光电性能的优化和提升。

【技术实现步骤摘要】
一种基于量子点的自驱动光电探测器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种自驱动光电探测器及其制备方法，尤其是涉及一种基于CdSe/CdS核壳量子点异质结的自驱动光电探测器的制备方法。

技术介绍

[0002]随着物联网技术的发展，对传感器的要求倾向于沿着小型化、高度集成、智能化、多功能等方面。光电探测器作为一类具有广阔前景的传感器，被广泛应用在光通讯、环境监测和传感技术等领域。传统的光电探测器通常需要在外加偏压的条件下工作，从而极大的限制了其在下一代新型传感系统中的应用。鉴于此，研究人员提出了一种基于pn异质结或者肖特基结的自驱动光电探测器，为下一代小型化和高度集成的光电子器件提供了一种解决策略。其工作原理是利用异质结的内建电场有效分离光生载流子，在不需要外加偏压的情况下将入射光转变成电信号，实现自驱动光电探测的能力。
[0003]光敏传感材料作为光电探测器的一个核心组成部分，始终是研究人员重点关注的方面。在众多的传感材料中，溶液量子点由于其成本低、合成方法简单、潜在的大规模制备以及能与柔性基底相兼容等优点，受到广泛关注。特别是核壳量子点，是一种核壳异质结，可以通过调节核壳的尺寸来调节材料的物理性质，进而调节器件的光电性质。传统的核壳量子点，例如：CdSe/CdS，是通过固定核CdSe的粒径尺寸，通过调节CdS壳层的大小实现核壳异质结量子点的物理性质调控。这种类型核壳量子点异质结存在如下问题：固定核大小，对壳层调节无法有效调节异质结的能带结构，因此对界面处载流子传输效率的提升能力有限；此外，该调节方式在一定程度上不利于异质结的光吸收，从而影响材料的光电性质。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的为提供一种基于量子点的自驱动光电探测器及其制备方法的解决方案，特别是提供一种基于CdSe/CdS核壳量子点异质结，区别于传统CdSe/CdS核壳量子点的调节方法，本专利技术是通过固定壳层CdS的尺寸，调节核层CdSe的尺寸实现异质结能带结构的调控及所构筑器件的光电性能调控。器件的制备方法如下：首先，在清洗干净的ITO玻璃上旋转涂布一层ZnO纳米颗粒薄膜作为电子传输层；随后，利用逐层旋涂和配体交换的方法在电子传输层上沉积CdSe/CdS核壳量子点薄膜作为光敏活性层，并在60℃条件下退火10min；接下来，在光敏活性层上蒸镀一层MoO3作为空穴传输层；最后，在空穴传输层上利用金属掩膜蒸镀一层金薄膜电极层。其中，ITO薄膜和金薄膜分别作为器件的底电极和顶电极层。
[0005]根据本专利技术的第一个方面，本专利技术提供了一种自驱动光电探测器器件，包括基底、传感材料、各功能层和电极材料。所述自驱动光电探测器由下至上依次包括玻璃基底、ITO薄膜层、电子传输层、CdSe/CdS核壳量子点光敏材料薄膜层、MoO3空穴传输层、金属电极层，所述ITO薄膜层层叠于所述玻璃基底表面形成ITO玻璃衬底，其中ITO薄膜层和金属电极层分别作为器件的底端和顶端电极层；
[0006]所述的CdSe/CdS核壳量子点，通过固定CdS壳层厚度，调节CdSe核层尺寸实现能带结构调控。设计并制备得到三种不同结构类型的核壳量子点，分别为II型异质结、准II型异质结、I型异质结。并构建三种类型的光电探测器，实现对器件光电性能的调控。
[0007]优选的，所述底电极ITO薄膜层层叠于玻璃基底上，ITO薄膜层的厚度为10
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500nm。
[0008]优选的，所述电子传输层包括ZnO、TiO2、SnO2之一；进一步优选为ZnO。
[0009]优选的，所述CdSe/CdS核壳量子点光敏材料薄膜层层叠于电子传输层表面，其结构为II
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型异质结、准II
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型异质、I
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型异质结中的一种，其厚度为10～1000nm。
[0010]优选的，所述MoO3空穴传输层的厚度为1～50nm。
[0011]优选的，所述底端电极ITO薄膜层的厚度为10
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500nm；顶端金属电极的材料为Au、Ag、Al、Cu或Pt之一，厚度为10～1000nm。
[0012]根据本专利技术的第二个方面，本专利技术提供的一种基于量子点的自驱动光电探测器的制备方法，依次包括以下步骤：
[0013]一、在清洗干净的ITO玻璃上旋转涂布一层ZnO纳米颗粒薄膜作为电子传输层；
[0014]二、利用逐层旋涂和配体交换的方法在电子传输层上沉积CdSe/CdS核壳量子点薄膜作为光敏活性层，并在60℃条件下退火10min；
[0015]三、在光敏活性层上蒸镀一层MoO3作为空穴传输层；
[0016]四、在空穴传输层上利用金属掩膜蒸镀一层金属电极层。
[0017]优选的，所述的ITO玻璃可以是FTO玻璃、又或是ITO/PDMS、ITO/PET、FTO/PDMS、FTO/PET等透明柔性基底中的一种。
[0018]优选的，所述CdSe量子点由如下方法制备而成：利用热注射法合成CdSe量子点。首先，将0.0488g的CdO与1ml的油酸和9mL的十八烯(ODE)溶液混入三颈烧瓶中，并进行充分搅拌。随后，在室温下向混合溶液中通入氮气30min，并升温至110℃继续通氮气30min排除混合溶液中的水和氧气等杂质。接下来，在通氮气的条件下将温度升至220℃，得到无色的清液。当反应温度降至室温后，将1g三辛基氧膦(TOPO)加入反应溶液中，重复上述的去除杂质步骤(在室温下向混合溶液中通入氮气30min，并升温至110℃继续通氮气30min排除混合溶液中的水和氧气等杂质)，得到Cd离子溶液。将反应温度升至300℃后，将0.3158g的硒粉末溶解到4mL的磷酸三辛酯(TOP)中，并用1mL的十八烯(ODE)和3mL油酰胺(OLA)稀释，随后快速注入上述Cd离子溶液中。CdSe量子点的尺寸较好的受反应时间控制，当量子点尺寸达到所需要求后，通过水冷终止反应。CdSe量子点尺寸与反应时间的关系如图2所示。随后，以丙酮作为溶剂，对反应溶液进行两次离心处理，对CdSe量子点进行纯化。最后，将纯化后的CdSe量子点溶于甲苯中以备后续壳层生长。
[0019]优选的，所述的CdSe/CdS核壳量子点由如下方法制备而成：在制备CdS壳层之前，先用如下方法制备前驱体溶液：在250℃的温度下，将4mmol的CdO溶解5.6mL的油酸和14.4mL的十八烯(ODE)混合液中得到0.2M的阳离子前驱体(Cd
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油酸)溶液。在200℃温度下，将4mmol的硫磺溶解到20ml十八烯(ODE)溶液中得到阴离子前驱体(S
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ODE)溶液。上述前驱体溶液均是在通氮气条件下制备的。
[0020]CdS壳层的制备：将制备得到的CdSe量子点甲苯溶液与8mL的油酰胺(OLA)、8mL的十八烯(ODE)混于100ml的三颈烧瓶中，并在120℃的温度下除气30min。在水、氧气和甲苯被全部去除后，向反应溶液中通入氮气并将反应温度升至240℃。随后利用离子层连续吸附反
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自驱动光电探测器器件，所述自驱动光电探测器由下至上依次包括玻璃基底、ITO薄膜层、电子传输层、CdSe/CdS核壳量子点光敏材料薄膜层、MoO3空穴传输层、金属电极层，所述ITO薄膜层层叠于所述玻璃基底表面形成ITO玻璃衬底，其中ITO薄膜层和金属电极层分别作为器件的底端和顶端电极层；所述CdSe/CdS核壳量子点，是通过固定CdS壳层厚度，调节CdSe核层尺寸，得到II型异质结、准II型异质结和I型异质结的CdSe/CdS核壳量子点。2.根据权利要求1所述的驱动光电探测器器件，其特征在于：所述II型异质结、准II型异质结和I型异质结，是通过固定CdS壳层的厚度～2.1nm，改变CdSe核层的尺寸分别为2.8nm、3.5nm和4.8nm所得。3.根据权利要求1所述的自驱动光电探测器器件，其特征在于：所述CdSe/CdS核壳量子点为II型异质结，通过固定CdS壳层厚度～2.1nm，改变CdSe核层的尺寸为2.8nm制备所得。4.根据权利要求1
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3任一所述的自驱动光电探测器器件，其特征在于：所述ITO薄膜层层叠于玻璃基底上，ITO薄膜层的厚度为10
‑
500nm。5.根据权利要求1
‑
3任一所述的自驱动光电探测器器件，其特征在于：所述电子传输层包括ZnO、TiO2、SnO2之一；进一步优选为ZnO。6.根据权利要求1
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3任一所述的自驱动光电探测器器件，其特征在于：所述CdSe/CdS核壳量子点光敏材料薄膜层层叠于电子传输层表面，其厚度为10～1000nm。7.根据权利要求1
‑
3任一所述的自驱动光电探测器器件，其特征在于：所述MoO3空穴传输层的厚度为1～50nm。8.根据权利要求1
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3任一所述的自驱动光电探测器器件，其特征在于：所述底端电极ITO薄膜层的厚度为10
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500nm；顶端金属电极的材料为Au、Ag、Al、Cu或Pt之一，厚度为10～1000nm。9.一种权利要求1所述的光电探测器器件的制备方法，依次包括步骤：一、在清洗干净的ITO玻璃上旋转涂...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭明发，
申请(专利权)人：常熟理工学院，
类型：发明
国别省市：