本发明专利技术涉及二维层状钙钛矿光电探测器的制作领域，一种基于表面等离激元共振的二维层状钙钛矿光电探测器，由阳极层、空穴传输层、金属纳米颗粒层、活性层、电子传输层、空穴阻挡层、阴极层组成，阳极层为铟锡氧化物ITO，空穴传输层为厚度为30±0.2纳米的PEDOT:PSS，金属纳米颗粒层为二氧化硅包覆的金银合金纳米三角盒，活性层为厚度为56±0.2纳米的(PEA)2(MA)2Pb3I10，电子传输层为厚度为PCBM层，空穴阻挡层为PFN层，阴极层为银。本发明专利技术还涉及该二维层状钙钛矿光电探测器的制作方法。
【技术实现步骤摘要】
一种基于表面等离激元共振的二维层状钙钛矿光电探测器及其制作方法
本专利技术涉及二维层状钙钛矿光电探测器的制作领域，具体是一种掺入二氧化硅包覆的金属纳米颗粒的二维层状钙钛矿光电探测器及其制作方法。
技术介绍
光电探测器是一种将光信号转变为电信号的器件，在多个领域具有广泛的应用受到了关注。近年来人们对基于三维钙钛矿材料的光电探测器已经开展了大量研究，但由于三维钙钛矿材料本身的不稳定性，在大气潮湿环境中钙钛矿光电探测器的性能很容易退化，因此极大限制了其应用。而二维钙钛矿结构由于加入了疏水的有机官能团作阳离子可视为对“钙钛矿层”进行了纳米尺度的封装以阻止水分子的渗入，因此二维钙钛矿材料较传统三维钙钛矿有着良好的稳定性。另外，由于其特殊的层状结构，通过简单的一步溶液合成法即可获得高质量的薄膜，这是二维钙钛矿材料区别于三维钙钛矿的另一个优势。随着微观钙钛矿层数及有机官能团的不同，二维钙钛矿材料的许多物理性质（如带隙、激子的吸收、发射等）也随之不同，因此二维钙钛矿材料具有高度可调性，在光电器件中有着广泛的应用。目前，对二维层状钙钛矿材料的应用主要集中在发光、太阳电池领域，而基于二维层状钙钛矿材料的光电探测器报道较少。2016年，同济大学黄佳团队制备了基于二维层状钙钛矿材料(C4H9NH3)2(MA)n-1MnX3n+1（n=1，2，3）的光电探测器，由于不同的n值对应不同的带隙，因此可以探测不同波段的光信号。通过性能表征发现n=3的器件在光电流、响应率、明暗电流比及响应时间方面均优于n=1，2的器件。同年，北京大学刘忠范彭海琳团队合成了单晶二维层状钙钛矿(C4H9NH3)2PbBr4纳米厚薄片，并制备了基于单个单晶薄片的光电探测器，其中用石墨烯作为叉指电极，获得了~2100A/W的响应率、~10-10A的暗电流及~103的明暗电流比。2017年，中科院福建物质结构研究所的罗军华孙志华团队研究了二维层状钙钛矿(C4H9NH3)2(CH3NH3)2Pb3Br10的铁电性质及其单晶光电探测器中的性能，获得了极低的暗电流（~10-12A）、大的明暗电流比（~2.5×103）、超快的响应速度（~150μs）。上述研究工作显示了二维钙钛矿材料在光电探测方面的应用潜力，但其中仍存在很多不足。例如，响应率偏低，黄佳团队制备的二维钙钛矿探测器在偏压为30V、功率为3.0mW/cm2的白光照射下，n=1，2，3对应的响应率分别为3.00，7.31和12.78mA/W，远远低于三维钙钛矿器件的数值。原因在于二维层状钙钛矿材料的带隙大于三维钙钛矿，因此其吸收的光波段比三维钙钛矿的要窄，另外，二维钙钛矿中的有机阳离子（(A)2(MA)n-1MnX3n+1中的A单元）阻碍了电荷传输，因此器件的光响应率偏低。后两个工作报道的光电探测器具有优异的性能，但它们都是基于单晶二维钙钛矿材料的，制备工艺比较复杂。因此，研制一种制备方法简单、性能优异的二维钙钛矿探测器很有必要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：如何利用简单的方法制备出高性能的二维层状钙钛矿光电探测器。本专利技术所采用的技术方案是：一种基于表面等离激元共振的二维层状钙钛矿光电探测器，由阳极层、空穴传输层、金属纳米颗粒层、活性层、电子传输层、空穴阻挡层、阴极层组成，阳极层为铟锡氧化物ITO，空穴传输层为厚度为30±0.2纳米的PEDOT:PSS，金属纳米颗粒层为二氧化硅包覆的金银合金纳米三角盒，活性层为厚度为56±0.2纳米的(PEA)2(MA)2Pb3I10，电子传输层为厚度为PCBM层，空穴阻挡层为PFN层，阴极层为银。一种制作基于表面等离激元共振的二维层状钙钛矿光电探测器的制备方法，按照如下的步骤进行：步骤一、活性层溶液配制，将159毫克MAI、2毫升DMF、461毫克PbI2依次加入棕色小瓶1号；将498毫克PEAI、2毫升DMF、461毫克PbI2分别加入棕色小瓶2号；(PEA)2(MA)2Pb3I10溶液是通过将1号溶液与2号溶液按体积比2:1制得，随后再将其钙钛矿溶液1:2稀释获得活性层溶液。步骤二、二氧化硅包覆的空心金银合金纳米三角盒溶液制备，在搅拌条件下，将0.25毫升500毫克/升的PSSS、0.3毫升10毫摩尔/升的NaBH4、5毫升2.5毫摩尔/升的柠檬酸三纳加入小瓶子中，然后以2毫升/分钟的速率将5毫升0.5毫摩尔/升的AgNO3溶液添加到上述混合溶液中，观察到溶液从原先的透明无色慢慢变成棕黄色，完成制备种子溶液，搅拌条件下，加入400微升的种子溶液接着在加入75微升10毫摩尔/升的AA，，然后以1毫升/分钟的速率加入3毫升0.5毫摩尔/升的AgNO3完成银三角溶液制备，将400c微升10毫摩尔/升的AA加入上述银三角溶液中，再用注射泵以1毫升/分钟的速率加入4毫升0.5毫摩尔/升的HAuCl4溶液5分钟后，制得空心金银合金纳米三角盒溶液。然后用离心机以7000转/分钟的速度离心15分钟，再用乙醇反复以7000转/分钟的速度离心提纯两遍，放在烧杯中进行二氧化硅包覆，取制备的金银合金纳米溶液颗粒溶液4毫升，随后加入2毫升配制好的TEOS溶液（即45微升的硅酸四乙酯溶于20毫升的乙醇溶液）在此过程中溶液高速搅拌，然后加入20微升的浓氨水并测试其PH值使其PH值为9的碱性环境，高速搅拌24小时。包覆完成后用乙醇调节二氧化硅包覆的空心金银合金纳米三角盒浓度为0.7毫摩尔/毫升，此时金属纳米颗粒的偶极共振峰位于600±10纳米，即为所需的二氧化硅包覆的空心金银合金纳米三角盒溶液；步骤三、把氧化铟锡导电玻璃清洗干净后，用紫外光进行照射处理后作为阳极层，在阳极层上旋涂厚度为30±0.2纳米的PEDOT:PSS层形成空穴传输层，在空穴传输层上旋涂二氧化硅包覆的空心金银合金纳米三角盒溶液，在金属纳米颗粒层上旋涂活性层为厚度为56±0.2纳米的(PEA)2(MA)2Pb3I10，在活性层上旋涂厚度为45±0.2纳米的PCBM层作为电子传输层，随后在PCBM层上以7000转/分钟旋涂PFN层，随后在PFN层上蒸镀厚度为100±0.2纳米的银，作为阴极层。作为一种优选方式：步骤三中，旋涂了PEDOT:PSS层后置于加热台上，120℃下退火20分钟，之后常温静置至少5分钟，然后再在PEDOT:PSS层上旋涂二氧化硅包覆的金属纳米颗粒层。作为一种优选方式：在空穴传输层上旋涂空心金银合金纳米三角盒溶液，以速率为2000转/分钟的转速旋涂，旋涂完成后置于加热台上，120℃下退火10分钟，之后常温静置3分钟以上，然后再在金属纳米颗粒层上旋涂二维钙钛矿层。本专利技术的有益效果是：本专利技术在空穴传输层和钙钛矿层之间掺入二氧化硅包覆的空心金银合金纳米三角盒，在不增加活性层厚度的条件下，通过激发金属纳米颗粒的局域表面等离激元共振模式以提高光吸收，进而提高探测器的性能，相对于未掺颗粒的器件，掺颗粒器件的整体性能得以提高。附图说明图1：本专利技术的暗态电流密度-电压特性曲线；图2：本专利技术在波长为505nm功率为1.273mW/cm2光照射下的亮态电流曲线；图3：本专利技术的响应率曲线；图4：本专利技术外量子效率；图5：本专利技术的紫外-可见吸收光谱。具体实施方式本专利技术所使用的材料有：柠檬酸三纳，[Poly(sodium4-本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于表面等离激元共振的二维层状钙钛矿光电探测器，由阳极层、空穴传输层、金属纳米颗粒层、活性层、电子传输层、空穴阻挡层、阴极层组成，其特征在于：阳极层为铟锡氧化物ITO，空穴传输层为厚度为30±0.2纳米的PEDOT:PSS，金属纳米颗粒层为二氧化硅包覆的空心金银合金纳米三角盒，活性层为厚度为56±0.2纳米的(PEA)2(MA)2Pb3I10，PEA为phenylethylammonium，PEA = C6H5(CH2)2NH3+，MA为methylammonium，MA = CH3NH3+，电子传输层为厚度为45±0.2纳米的PCBM层，空穴阻挡层为PFN层，阴极层为银。
【技术特征摘要】
1.一种基于表面等离激元共振的二维层状钙钛矿光电探测器，由阳极层、空穴传输层、金属纳米颗粒层、活性层、电子传输层、空穴阻挡层、阴极层组成，其特征在于：阳极层为铟锡氧化物ITO，空穴传输层为厚度为30±0.2纳米的PEDOT:PSS，金属纳米颗粒层为二氧化硅包覆的空心金银合金纳米三角盒，活性层为厚度为56±0.2纳米的(PEA)2(MA)2Pb3I10，PEA为phenylethylammonium，PEA=C6H5(CH2)2NH3+，MA为methylammonium，MA=CH3NH3+，电子传输层为厚度为45±0.2纳米的PCBM层，空穴阻挡层为PFN层，阴极层为银。2.一种制作权利要求1所述的基于表面等离激元共振的二维层状钙钛矿光电探测器的制备方法，其特征在于按照如下的步骤进行：步骤一、(PEA)2(MA)2Pb3I10溶液配制，将159毫克MAI、2毫升DMF、461毫克PbI2依次加入第一棕色小瓶；将498毫克PEAI、2毫升DMF、461毫克PbI2分别加入第二棕色小瓶；将第一棕色小瓶溶液与第一棕色小瓶溶液按体积比2:1混合形成混合溶液，将该混合溶液与DMF溶液按照体积比1:2混合获得(PEA)2(MA)2Pb3I10溶液；步骤二、二氧化硅包覆的空心金银合金纳米三角盒溶液制备，在搅拌条件下，将0.25毫升的500毫克/升的PSSS、0.3毫升的10毫摩尔/升的NaBH4、5毫升的2.5毫摩尔/升的柠檬酸三纳混合，然后以2毫升/分钟的速率将5毫升0.5毫摩尔/升的AgNO3溶液添加到上述混合溶液中，观察到第三棕色小瓶中溶液从原先的透明无色慢慢变成棕黄色，完成种子溶液的制备；搅拌条件下在烧杯中加入400微升的种子溶液接着再加入75微升10毫摩尔/升的AA，然后以1毫升/分钟的速率加入3毫升0.5毫摩尔/升的AgNO3完成银三角溶液制备，将400微升10毫摩尔/升的AA加入上述银三角溶液中，再用注射泵以1毫升/分钟的速率加...
【专利技术属性】
技术研发人员：冀婷，韩娜，崔艳霞，张叶，王文艳，郝玉英，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14
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