一种基于三维结构钙钛矿材料的光探测器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于三维结构钙钛矿材料的光探测器及其制备方法，包括三维结构钙钛矿材料的光探测器包括三维结构钙钛矿材料及钙钛矿上设有的两个金属电极。本发明专利技术构建的三维结构钙钛矿材料的光探测器结构简单，制备工艺简单，生成成本较低，无需昂贵的仪器设备，为实现快速、宽光谱响应光探测提供了可能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光电探测
，涉及一种基于三维结构钙钛矿材料的光探测器及其制备方法。
技术介绍
光探测器是利用光与物质的相互作用，把光能转换为其他可感知量的器件，被广泛应用与天文学、国防军事和环境监测等领域。目前光探测器主要以光电二级管为主，设备成本高，且设备结构复杂，体积庞大。另一方面，传统的无机半导体的光探测器的光谱范围和探测宽度受到材料本身性质的限制，难以实现制备宽带吸收的光探测器。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点，本专利技术提出了一种基于三维结构钙钛矿材料的光探测器及其制备方法，旨在保证器件具有宽带响应特性，同时简化光探测器结构，降低器件成本。为解决上述技术问题，本专利技术通过以下技术方案实现：一种基于三维结构钙钛矿材料的光探测器，其特征在于：包括三维结构钙钛矿材料及在三维结构钙钛矿材料上设有的两个金属电极。进一步的，所述的三维结构钙钛矿材料为CH3NH3PbI3或CH3NH3PbBr3的钙钛矿材料；所述三维结构钙钛矿材料的三维结构为三维多孔结构，其孔的尺寸为100纳米-2微米；所述的三维结构钙钛矿材料的厚度为1-10微米。进一步的，所述的两个金属电极厚度为1纳米-1微米，宽度为10纳米-1厘米，间距为10纳米-1厘米，长度为10纳米-10厘米，光敏面积为200平方纳米-400平方厘米。进一步的，所述的两个金属电极是金属或含金属合金电极，如铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、铂(Pt)、铝(Al)、铝钛合金等。本专利技术还提供了一种基于三维结构钙钛矿材料的光探测器的制备方法，包括以下步骤：(1)在玻璃基底上形成聚合物模板层；(2)在所述聚合物模板上涂覆钙钛矿溶液，在70℃的热台上加热1小时；其中，所述钙钛矿溶液中，钙钛矿物质的分子式为CH3NH3PbI3或CH3NH3PbBr3。(3)将所述的加热后的钙钛矿自然降温，在甲苯或四氢呋喃溶剂中浸泡1-10分钟，去除聚合物模板，得到三维结构钙钛矿材料；(4)随后将三维结构钙钛矿材料置于热台上干燥，热台温度为90℃，时间为10分钟；(5)将带有电极图形的掩膜板固定在三维结构钙钛矿材料上，沉积得到金属电极，即得到三维结构钙钛矿材料的光探测器。进一步的，在步骤(1)中，所述的形成聚合物模板层的过程包括：采用旋涂法将聚合物微球在所述玻璃基底上形成聚合物模板层。进一步的，在步骤(1)中，所述聚合物微球的颗粒直径为100-2000纳米，优选为200-1500纳米。进一步的，步骤(5)中通过热蒸发，测控溅射或印刷在三维结构钙钛矿材料上沉积金属电极。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术采用三维结构钙钛矿材料作为光吸收材料，制备出光探测器。有机金属卤化物钙钛矿材料，典型代表为CH3NH3PbI3，为直接带隙半导体材料，在可见光范围内具有很强的吸收，其制备的光探测器具有探测光谱范围宽的特点。同时钙钛矿材料具有溶剂可溶性，可用溶液旋涂法制备，其制备过程简单，大大简化了制备光电探测器的复杂工艺。此外，制备的钙钛矿材料为三维多孔结果，通过控制不同的聚合物微球模板的尺寸可控制制备的三维结构尺寸，增加钙钛矿材料吸收。由于纳米材料具有特殊量子效应，三维结构钙钛矿材料在提高钙钛矿材料吸收的同时能极大的提高光探测器的量子效率。本专利技术的三维结构钙钛矿材料的光探测器，一方面可以拓宽了光探测器探测光谱的范围，简化了光探测器的复杂制备工艺，另一方面利用三维结构增强光吸收特性提高器件响应度，增加量子效率。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是一种基于三维结构钙钛矿材料的光探测结构及工作原理示意图。图2是本专利技术三维结构钙钛矿材料的多孔结构的扫描电子显微镜照片具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。参见图1所示，一种基于三维结构钙钛矿材料的光探测器，包括三维结构钙钛矿材料及在三维结构钙钛矿材料上设有的两个金属电极。进一步的，所述的三维结构钙钛矿材料为CH3NH3PbI3或CH3NH3PbBr3的钙钛矿材料；所述三维结构钙钛矿材料的三维结构为三维多孔结构，其孔的尺寸为100纳米-2微米；所述的三维结构钙钛矿材料的厚度为1-10微米。进一步的，所述的两个金属电极厚度为1纳米-1微米，宽度为10纳米-1厘米，间距为10纳米-1厘米，长度为10纳米-10厘米，光敏面积为200平方纳米-400平方厘米。进一步的，所述的两个金属电极是金属或含金属合金电极，如铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、铂(Pt)、铝(Al)、铝钛合金等。本专利技术还提供了一种基于三维结构钙钛矿材料的光探测器的制备方法，包括以下步骤：(1)在玻璃基底上形成聚合物模板层；(2)在所述聚合物模板上涂覆钙钛矿溶液，在70℃的热台上加热1小时；其中，所述钙钛矿溶液中，钙钛矿物质的分子式为CH3NH3PbI3或CH3NH3PbBr3。(3)将所述的加热后的钙钛矿自然降温，在甲苯或四氢呋喃溶剂中浸泡1-10分钟，去除聚合物模板，得到三维结构钙钛矿材料；(4)随后将三维结构钙钛矿材料置于热台上干燥，热台温度为90℃，时间为10分钟；(5)将带有电极图形的掩膜板固定在三维结构钙钛矿材料上，沉积得到金属电极，即得到三维结构钙钛矿材料的光探测器。进一步的，在步骤(1)中，所述的形成聚合物模板层的过程包括：采用旋涂法将聚合物微球在所述玻璃基底上形成聚合物模板层。进一步的，在步骤(1)中，所述聚合物微球的颗粒直径为100-2000纳米，优选为200-1500纳米。进一步的，步骤(5)中通过热蒸发，测控溅射或印刷在三维结构钙钛矿材料上沉积金属电极。以上详细描述了本专利技术的优选实施方式，但是，本专利技术并不限于上述实施方式中的具体细节，在本专利技术的技术构思范围内，可以对本专利技术的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于三维结构钙钛矿材料的光探测器，其特征在于：包括三维结构钙钛矿材料及在三维结构钙钛矿材料上设有的两个金属电极。

【技术特征摘要】
1.一种基于三维结构钙钛矿材料的光探测器，其特征在于：包括三维结构钙钛矿材料及在三维结构钙钛矿材料上设有的两个金属电极。2.根据权利要求1所述的一种基于三维结构钙钛矿材料的光探测器，其特征在于：所述的三维结构钙钛矿材料为CH3NH3PbI3或CH3NH3PbBr3的钙钛矿材料；所述三维结构钙钛矿材料的三维结构为三维多孔结构，其孔的尺寸为100纳米-2微米；所述的三维结构钙钛矿材料的厚度为1-10微米。3.根据权利要求1所述的一种基于三维结构钙钛矿材料的光探测器，其特征在于：所述的两个金属电极厚度为1纳米-1微米，宽度为10纳米-1厘米，间距为10纳米-1厘米，长度为10纳米-10厘米，光敏面积为200平方纳米-400平方厘米。4.根据权利要求1所述的一种基于三维结构钙钛矿材料的光探测器，其特征在于：所述的两个金属电极是金属或含金属合金电极，如铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、铂(Pt)、铝(Al)、铝钛合金等。5.一种基于三维结构钙钛矿材料的光探测器的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)在玻璃基...

【专利技术属性】
技术研发人员：周雪，钱鑫，李风煜，宋延林，
申请(专利权)人：北京中科卓研科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11