【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米材料及光电探测应用，主要涉及一种反射式聚光型钙钛矿光电探测器及其制备方法。
技术介绍
1、光电探测器是一种直接将光信号转换成电信号的器件，在现代生活中有着广泛的应用场景。近年来，钙钛矿材料由于其高吸光系数，高载流子迁移率，带隙可调等诸多优点，得到了科研人员的极大关注。目前，基于钙钛矿材料的光电探测器已经取得了很多重要的研究成果。但目前基于钙钛矿材料的平面结构的光电探测器，在光线射入钙钛矿层后，一部分光子被钙钛矿吸收，另一部分则发生透射或者被衬底吸收，这就造成了光子利用率低的问题。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术通过在钙钛矿层的下面加入反射式聚光层，构成了反射式聚光型钙钛矿光电探测器。反射式聚光层的加入一方面使光线经一次或者多次反射后进入钙钛矿层进行二次吸收，增加了光子的利用率；另一方面，反射式聚光层形成的凹凸表面限制了钙钛矿溶剂的蒸发速度，有利于晶体的形核与生长，从而得到高质量的钙钛矿薄膜，进而使得钙钛矿光电探测器的光电导效应更加明显。具体的，本专利技术采用如下技术方案实现：
2、其一，本专利技术所述的一种反射式聚光型钙钛矿光电探测器，包括衬底、钙钛矿层和电极，在钙钛矿层的下方设有反射式聚光层，反射式聚光层能够增强钙钛矿层对光子的吸收和利用。所述反射式聚光层从下至上依次包括：ps微球层、反射层和绝缘层。
3、其中，优选的，所述ps微球直径为300nm～1500nm，所述反射层为具有较佳的对光反射作用的金属或非金属材料制作而
4、进一步的，所述钙钛矿采用卤素钙钛矿，化学式为abx3，其中a为甲胺根阳离子ma+、甲脒根阳离子fa+、以及铯阳离子cs+中的至少一种，b为铅阳离子pb2+，x为氯阴离子cl-、溴阴离子br-、以及碘阴离子i-中的至少一种。所述衬底为玻璃、si、sio2或者pet衬底，使用前经过清洗、亲水处理为佳；所述的电极为金、银、铜等材料，可采用热蒸发制备50～200nm为佳。
5、其二，本专利技术提供了所述反射式聚光型钙钛矿光电探测器的制备方法，包括衬底的处理，反射式聚光层的制备；钙钛矿层的制备；热蒸发制备电极。
6、其中，优选的，所述反射式聚光层的制备，包括ps微球的制备，单层ps微球模板的制备，反射层的制备，绝缘层的制备。
7、进一步的，所述ps微球的制备包括采用偶氮二异丁腈(aibn)、聚乙烯吡咯烷酮(pvp)和苯乙烯按质量比1:180～220:200～220更优选1:200:210于50℃～90℃氮气或氩气氛围中搅拌反应20～28h再行后处理。具体的，ps微球的制备可以采用如下步骤：按偶氮二异丁腈(aibn)、聚乙烯吡咯烷酮(pvp)和苯乙烯的质量比1:200:210，加入两口烧瓶，再按照0.6～1.0的体积比加入无水乙醇和去离子水，然后在氮气氛围中持续搅拌24h完成合成反应，搅拌温度为50℃～90℃，转速约为100～300rpm；将反应完成后的溶液取至离心管中，加入适量的无水乙醇反复离心清洗来去除ps微球表面残留的药品；离心管中剩下的白色沉淀便是所需的ps微球，往其中加入适量无水乙醇使其充分分散不至于结块，方便之后的使用；通过改变合成条件调控ps微球的大小，范围为300nm～1500nm。
8、进一步的，所述单层ps微球模板的制备采用空气-水界面自组装法，再将其转移至衬底上。具体的，单层ps微球模板的制备可以采用如下步骤：用移液枪吸取10～50μl含ps微球的分散液，滴在装满去离子水的容器中；待到分散液在水面均匀散开后，贴着容器内壁缓慢滴加质量浓度为10％的十二烷基硫酸钠(sds)的水溶液；待sds溶液驱赶水面上的ps微球至另一端形成致密的单层膜后，将亲水处理后的衬底斜插入水中，轻轻移动到ps微球致密层下，缓慢提起，则ps微球组成的单层膜转移至玻璃基底上；将带有ps微球的玻璃基底放到60℃～90℃的热台上加热烘干，得到单层ps微球模板。
9、优选的，所述反射层的制备可采用热蒸发方式；当所述反射层为银反射层时，反射层的制备包括：将单层ps微球模板放入真空腔内，并在钨舟上放置银颗粒，颗粒纯度>99.999％，真空度优于1×10-3pa后开始蒸镀，先用的蒸发速度沉积5nm，再用的蒸发速度沉积100～500nm。
10、优选的，所述绝缘层的制备可采用磁控溅射或原子层沉积；当所述绝缘层为氧化铝绝缘层时，绝缘层的制备具体可以采用如下方式中的一种：
11、原子层沉积方式：使用三甲基铝(tma)和水蒸气分别提供铝元素和氧元素，使用99.99％的高纯氩作为载气和吹扫气。反应腔温度150℃，射频功率200w，实验流量为1000sccm，一个典型的反应周期通入腔室的时间如下：tma(0.3s)→n2(7s)→h2o(0.1s)→n2(7s)。该反应的生长速率是/周期，可以通过控制周期数来得到想要的成膜厚度。
12、磁控溅射方式：放置铝靶材，靶材纯度>99.999％；溅射时本底真空度优于1×10-3pa，通入纯度99.99％的高纯氩，氩气流量50～70sccm；先在1.5pa下预溅射5min，去除靶材表面杂质，再通入99.99％的高纯氧，氧气流量0.8～1.0sccm，工作压力0.5～1.0pa，溅射功率100～120w，溅射时间为5～10min，最终获得较厚的氧化铝薄膜。
13、优选的，所述钙钛矿层的制备，包括配制钙钛矿溶液，将钙钛矿溶液旋涂在反射式聚光层上，再退火处理。其中，所述钙钛矿采用卤素钙钛矿，化学式为abx3，其中a为甲胺根阳离子ma+(即ch3nh3+)、甲脒根阳离子fa+(即ch(nh2)2+)、以及铯阳离子cs+中的至少一种，b为铅阳离子pb2+，x为氯阴离子cl-、溴阴离子br-、以及碘阴离子i-中的至少一种；如此，所述钙钛矿则可以选自ch3nh3pbcl3、ch3nh3pbbr3、ch3nh3pbi3、ch(nh2)2pbcl3、ch(nh2)2pbbr3、ch(nh2)2pbi3、cspbcl3、cspbbr3、cspbi3等等。具体的，若以ch3nh3pbi3为例，钙钛矿薄膜层的制备，可以包括以下步骤：
14、(1)配制1mol/l的ch3nh3pbi3溶液：其中ch3nh3i和pbi2摩尔比为1:1，dmf和dmso体积比为4:1，搅拌溶解。旋涂前使用0.22μm的有机过滤头进行过滤；
15、(2)旋涂前的亲水处理：将待旋涂的样品放入紫外臭氧仪中处理15～20min即获得亲水表面；
16、(3)旋涂：将样品放在匀胶机上，滴加40～60μl的ch3nh3pbi3溶液，先以500rpm的低速旋涂6s，再以4000rpm的高速旋涂30s，在高速旋转的第6～9s时滴加100～300μl的反溶剂氯苯；<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种反射式聚光型钙钛矿光电探测器，包括衬底、钙钛矿层和电极，在钙钛矿层的下方设有反射式聚光层，所述反射式聚光层从下至上依次包括：PS微球层、反射层和绝缘层。
2.如权利要求1所述的反射式聚光型钙钛矿光电探测器，其特征在于，所述PS微球直径为300nm～1500nm，所述反射层为具有较佳的对光反射作用的金属或非金属材料制作而成，所述绝缘层位于反射层与钙钛矿层之间。
3.如权利要求2所述的反射式聚光型钙钛矿光电探测器，其特征在于，所述反射层为银反射层，厚度为100nm～500nm，所述绝缘层为氧化铝绝缘层，厚度10nm～50nm。
4.如权利要求1所述的反射式聚光型钙钛矿光电探测器，其特征在于，所述钙钛矿为卤素钙钛矿，化学式为ABX3，其中A为甲胺根阳离子MA+、甲脒根阳离子FA+以及铯阳离子Cs+中的至少一种，B为铅阳离子Pb2+，X为氯阴离子Cl-、溴阴离子Br-以及碘阴离子I-中的至少一种。
5.如权利要求1所述的反射式聚光型钙钛矿光电探测器，其特征在于，所述衬底为玻璃、Si、SiO2或者PET衬底；所述的电极为金、银、铜中的
6.权利要求1-5任一项所述的反射式聚光型钙钛矿光电探测器的制备方法包括衬底的处理，反射式聚光层的制备，钙钛矿层的制备，热蒸发制备电极。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述反射式聚光层的制备包括PS微球的制备，单层PS微球模板的制备，反射层的制备，绝缘层的制备。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述PS微球的制备包括采用偶氮二异丁腈(AIBN)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和苯乙烯按质量比1:180～220:200～220于50℃～90℃氮气或氩气氛围中搅拌反应20～28h再行后处理；所述单层PS微球模板的制备采用空气-水界面自组装法，再将其转移至衬底上。
9.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述反射层的制备是采用热蒸发，绝缘层的制备采用磁控溅射或原子层沉积。
10.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿层的制备包括配制钙钛矿溶液，将钙钛矿溶液旋涂在反射式聚光层上，再退火处理。
...【技术特征摘要】
1.一种反射式聚光型钙钛矿光电探测器，包括衬底、钙钛矿层和电极，在钙钛矿层的下方设有反射式聚光层，所述反射式聚光层从下至上依次包括：ps微球层、反射层和绝缘层。
2.如权利要求1所述的反射式聚光型钙钛矿光电探测器，其特征在于，所述ps微球直径为300nm～1500nm，所述反射层为具有较佳的对光反射作用的金属或非金属材料制作而成，所述绝缘层位于反射层与钙钛矿层之间。
3.如权利要求2所述的反射式聚光型钙钛矿光电探测器，其特征在于，所述反射层为银反射层，厚度为100nm～500nm，所述绝缘层为氧化铝绝缘层，厚度10nm～50nm。
4.如权利要求1所述的反射式聚光型钙钛矿光电探测器，其特征在于，所述钙钛矿为卤素钙钛矿，化学式为abx3，其中a为甲胺根阳离子ma+、甲脒根阳离子fa+以及铯阳离子cs+中的至少一种，b为铅阳离子pb2+，x为氯阴离子cl-、溴阴离子br-以及碘阴离子i-中的至少一种。
5.如权利要求1所述的反射式聚光型钙钛矿光电探测器，其特征在于，所述衬底为玻璃、si、si...
【专利技术属性】
技术研发人员：桂鹏彬，汪鑫，王舟颖，叶飞鸿，陈志亮，王思亮，曾玮，任信钢，黄志祥，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：
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