钙钛矿光电探测器及其制备方法技术

本申请提供一种钙钛矿光电探测器及其制备方法。钙钛矿光电探测器，包括层叠设置的聚乙烯醇

【技术实现步骤摘要】
钙钛矿光电探测器及其制备方法


[0001]本申请涉及材料领域，尤其涉及一种钙钛矿光电探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]全无机卤化钙钛矿材料由于其优异的光电转化性能和高载流子迁移率等特征，受到了人们的大量关注。优异的光电性能使钙钛矿材料在发光二极管，光电探测器，太阳能电池等器件上面有着良好的应用前景。其中光电探测器是指把光信号转化为电信号的装置，是光通信，图像传感，数字成像，化学和生物监测等领域的重要器件。按照工作的机理不同，光电探测器分为光导型和光伏型，光导型探测器是光激发的电子导致电导增加外加偏压下，出现电流信号，光伏型主要是基于p
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n结的光生伏特效应，光激发的电子空穴分别进入p区和n区，引发电位差，从而外界出现电压或电流信号。描述光电探测器性能主要通过几个方面，包括响应度，探测率，响应时间等。
[0003]为了提升钙钛矿光电探测器的性能，人们提出了许多种方法来提升响应度，包括氧化物薄膜包覆，钙钛矿生长条件优化，稀土离子掺杂等。另一方面由于军事探测等方面的需求，即时的成像，快速光通信和高速动态监测对于超快响应的光电探测器是十分需要的。由于金属纳米粒子具有局域振表面等离子体共效应(local surface plasma resonance,LSPR)，金属纳米粒子与激子的激发产生荧光发生光相互作用，加速附近激子的辐射衰减速率，从而减少了通过非辐射符合猝灭的可能，可以增强光的吸收和发射，所以将金属纳米粒子引入钙钛矿的表面可以增强探测器的响应度，并且大幅减少响应时间。
[0004]目前将金属纳米粒子应用于钙钛矿光电探测器有几种常见的方法。包括直接与金属纳米粒子接触，将金属纳米粒子溶于空穴传输层，金属纳米粒子与钙钛矿通过绝缘层隔开等。一般来说，金属纳米粒子与半导体之间的距离越近，LSPR的耦合系数就越大，对于其探测器的响应度就有越大的增强，所以金属纳米粒子与钙钛矿直接接触会有最好的响应度增强效果。不过由于金属纳米粒子靠近半导体表面时，除了LSPR作用外，可能会出现半导体的热电子直接转移到金属纳米粒子的过程，导致半导体的猝灭，即便中间有一小段距离，也会因为电子的隧穿从而对半导体的性能造成负面影响。为了避免热电子从钙钛矿的表面流失，通常会在金属纳米粒子和钙钛矿之间引入间隔层，材料为SiO，聚甲基丙烯酸甲酯等，间隔层在金属纳米粒子和钙钛矿之间提供巨大的势垒阻止热电子的转移，但钙钛矿材料稳定性不佳，在表面进行间隔层的生长工艺会对钙钛矿性能造成负面影响，并且结构中的绝缘层使钙钛矿层与电子传输层隔开，对于整体探测器结构的设计也有负面影响。将金属纳米粒子溶于空穴传输层可以避免与钙钛矿层直接接触，但无法具体控制与钙钛矿中间的距离，过近会导致钙钛矿热电子的转移，过远又会导致较低的LSPR耦合系数。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种钙钛矿光电探测器及其制备方法，以解决上述问题。
[0006]为实现以上目的，本申请采用以下技术方案：
[0007]一种钙钛矿光电探测器，包括层叠设置的聚乙烯醇
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纳米金属粒子层和钙钛矿层；
[0008]所述聚乙烯醇
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纳米金属粒子层和所述钙钛矿层之间具有空腔。
[0009]优选地，所述聚乙烯醇
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纳米金属粒子层中的纳米金属离子包括纳米金粒子、纳米银粒子和纳米铟粒子中的一种或多种。
[0010]优选地，所述钙钛矿层中的钙钛矿为多晶钙钛矿，所述多晶钙钛矿包括CsPbBr3、CsPbI3、CsPbCl3和MAPbBr3中的一种或多种。
[0011]优选地，所述聚乙烯醇
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纳米金属粒子层的厚度为100nm
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800nm。
[0012]优选地，所述钙钛矿层的厚度为500nm
‑
5000nm。
[0013]优选地，所述空腔中包括气体，所述气体包括空气、氮气、二氧化碳、稀有气体中的一种或多种；
[0014]优选地，所述空腔的深度为100nm
‑
1000nm。
[0015]本申请还提供一种所述的钙钛矿光电探测器的制备方法，包括：
[0016]将含有金属纳米颗粒的聚乙烯醇溶液在第一衬底上形成所述聚乙烯醇
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纳米金属粒子层；
[0017]在第二衬底上涂覆PbX溶液得到PbX薄膜，然后将所述PbX薄膜与YX溶液反应得到钙钛矿多晶薄膜，退火得到所述钙钛矿层；其中，X选自Cl、Br、I中的任一种，Y选自Cs或MA；
[0018]将所述聚乙烯醇
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纳米金属粒子层和所述钙钛矿层贴合得到所述钙钛矿光电探测器。
[0019]优选地，所述退火的温度为150℃
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350℃。
[0020]优选地，所述第一衬底包括玻璃，所述第二衬底包括导电衬底；
[0021]优选地，所述第一衬底为石英玻璃，所述导电衬底为ITO玻璃。
[0022]优选地，所述第一衬底和所述第二衬底使用前均进行清洗；
[0023]优选地，所述清洗包括：使用丙酮、乙醇和去离子水进行超声处理；
[0024]优选地，所述第一衬底使用前还包括等离子体亲水性处理；
[0025]优选地，所述涂覆为旋转涂覆，旋转速率为1500rpm
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3000rpm。
[0026]与现有技术相比，本申请的有益效果包括：
[0027]本申请提供的钙钛矿光电探测器，通过在聚乙烯醇
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纳米金属粒子层和钙钛矿层之间设置空腔，与聚乙烯醇配合，控制金属纳米颗粒与钙钛矿之间的距离，避免了直接接触造成的热电子损失，并从而实现了调控金属纳米粒子的局域表面等离子体共效应，减少通过非辐射符合猝灭的可能，增强光的吸收和发射，增强探测器的响应度，并且大幅减少响应时间。
[0028]本申请提供的钙钛矿光电探测器的制备方法，通过对钙钛矿多晶薄膜进行退火处理，使得钙钛矿多晶薄膜表面形成不同高度的晶粒和孔洞，从而在与聚乙烯醇
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纳米金属粒子层贴合之后在两者之间形成空腔；该方法制得的钙钛矿光电探测器，其空腔深度可控，进而使得金属纳米颗粒与钙钛矿之间的距离可控；由于该方法没有直接在钙钛矿的表面生长薄膜，避免了新的生长过程中各类溶剂与钙钛矿薄膜接触，保持了较好的薄膜形貌和性能。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附
图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请范围的限定。
[0030]图1为本申请实施例1提供的CsPbBr3薄膜探测器的结构及原理示意图；
[0031]图2为实施例1得到的钙钛矿多晶薄膜的SEM照片；
[0032]图3为实施例2得到的钙钛矿多晶薄膜的SEM照片；
[0033]图4为实施例3得到的钙钛矿多晶薄膜的SEM照片；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿光电探测器，其特征在于，包括层叠设置的聚乙烯醇
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纳米金属粒子层和钙钛矿层；所述聚乙烯醇
‑
纳米金属粒子层和所述钙钛矿层之间具有空腔。2.根据权利要求1所述的钙钛矿光电探测器，其特征在于，所述聚乙烯醇
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纳米金属粒子层中的纳米金属离子包括纳米金粒子、纳米银粒子和纳米铟粒子中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的钙钛矿光电探测器，其特征在于，所述钙钛矿层中的钙钛矿为多晶钙钛矿，所述多晶钙钛矿包括CsPbBr3、CsPbI3、CsPbCl3和MAPbBr3中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的钙钛矿光电探测器，其特征在于，所述聚乙烯醇
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纳米金属粒子层的厚度为100nm
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800nm。5.根据权利要求1所述的钙钛矿光电探测器，其特征在于，所述钙钛矿层的厚度为500nm
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5000nm。6.根据权利要求1
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5任一项所述的钙钛矿光电探测器，其特征在于，所述空腔中包括气体，所述气体包括空气、氮气、二氧化碳、稀有气体中的一种或多种；优选地，所述空腔的深度为100nm
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1000nm。7.一种权利要求1

【专利技术属性】
技术研发人员：方铉，田丰，王登魁，房丹，张海汐，李波波，李金华，王晓华，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：