一种四色钙钛矿图像传感器，包含石英层、两个钙钛矿p‑i‑n‑i‑p组件和两个光学透明电极。在所述石英层的一侧上，第一钙钛矿p‑i‑n‑i‑p组件能检测紫外光和蓝光，具有用于检测紫外波长区间和蓝色波长区间的两个光电探测层。在相对侧上，第二钙钛矿p‑i‑n‑i‑p组件能检测绿光和红光，具有用于检测绿色波长区间和红色波长区间的的两个光电探测层。石英层的两侧上，光学透明电极能共同向两个钙钛矿p‑i‑n‑i‑p组件施加偏压。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术总体上涉及钙钛矿装置。更具体来说，本专利技术涉及四色钙钛矿图像传感器，用于检测紫外至可见光，并通过堆叠设计实现再现图像。
技术介绍
1、对于图像传感探测，禽类可以以其独特的眼睛体验到比人类更多彩的世界。通过四色视细胞，禽类可以将可见光谱拓宽到紫外光。在实际应用中，四色光传感器有着丰富的应用场景，特别是具有紫外线探测能力的图像传感器，其能够在太空探索中起到关键作用。然而，将四色视觉系统集成在一个装置中仍然是当前重大挑战。
2、在图像传感器领域，已有研究和产品先例将rgb与额外的翡翠绿或近红外光通道合并，用于捕获树叶细节、植物分析、地理制图和环境监测之类的特殊应用。然而，目前对构建uvrgb成像系统方面展开的工作较少。
3、由于面临工艺兼容性和设备小型化的挑战，关于彩色钙钛矿的集成成像系统的报导并不多。现有策略中，用于构建多色钙钛矿光检测器的方式是采用平行和堆叠设计。平行结构需要用于单色检测的滤色器阵列，这会永久降低量子效率、空间分辨率和颜色精度。相比之下，没有拜耳滤镜阵列的装置不能区分一个像素中的混合光。典型的堆叠架构是基于多端串联的钙钛矿单元，其中的大多数是单独分离的单元，并非一个整体。因此增加成本也增加处理复杂度，尤其是对于对准程序方面。
4、因此，在钙钛矿传感器的当前开发中，需要将彩色钙钛矿成像系统集成在单个装置中。
技术实现思路
1、本专利技术的一个目标是提供方法和设备，以解决现有技术水平下的前述缺点和尚未满足的需求。
>2、为了克服瓶颈，在本专利技术的技术方案中，提出一种具有4×32×32像素的高度像素化的uvrb全无机钙钛矿图像传感器系统，其中cspbx3钙钛矿充当光敏层，并且金属氧化物充当电荷输送层。采用四个热蒸发的钙钛矿层能展现高结晶度、低缺陷密度和长的载流子寿命。经由光学模拟仔细设计每一层的厚度，能实现超过99.5％的颜色选择性，同时维持高透光率。成像器采用串联双模策略，以省去外部滤镜并改进光学效能。重要的是，全无机装置能展现良好的稳定性。集成的四色图像传感器能够在多种苛刻的环境下均表现良好，这证明了优异的成像能力。此系统被认为在车外检测应用中具有有前景的潜力。3、根据本专利技术的第一方面，提供一种四色钙钛矿图像传感器。四色钙钛矿图像传感器包含石英层、第一钙钛矿p-i-n-i-p组件、第二钙钛矿p-i-n-i-p组件、第一光学透明电极和第二光学透明电极。所述第一钙钛矿p-i-n-i-p组件安置在石英层的第一侧上，并且被配置成检测紫外光和蓝光，其中所述第一钙钛矿p-i-n-i-p组件包括分别用于检测紫外波长区间和蓝色波长区间的两个光电探测层。所述第二钙钛矿p-i-n-i-p组件安置在石英层的第二侧上，并且被配置成检测绿光和红光，其中所述第二钙钛矿p-i-n-i-p组件包括分别用于检测绿色波长区间和红色波长区间的两个光电探测层。第一光学透明电极安置在石英层的第一侧上。第二光学透明电极安置在石英层的第二侧上，以与第一光学透明电极一起共同向第一钙钛矿p-i-n-i-p组件和第二钙钛矿p-i-n-i-p组件施加偏压。
4、根据本专利技术的第二方面，提供一种四色钙钛矿图像传感器系统。四色钙钛矿图像传感器系统包含如上提及的四色钙钛矿图像传感器、至少一个数据收集层以及电力和通信层。数据收集层被配置成捕获和处理来自四色钙钛矿图像传感器的输出信号，并将所述输出信号转换成数字数据。电力和通信层提供电力供应，并且能与外部装置进行无线数据传输，以实现远程控制和监测，其中由数据收集层提供的数字数据能由所述电力和通信层传输到外部装置。
5、根据本专利技术的第三方面，提供一种用于制造四色钙钛矿图像传感器的方法。所述方法包含以下步骤：提供具有ito图案的石英；分别在具有ito图案的石英的上侧和底侧上形成用于检测蓝色波长区间的第一光电探测层和用于检测绿色波长区间的第二光电探测层；在形成所述第一光电探测层和所述第二光电探测层之后，在所述具有ito图案的石英的上侧上形成用于检测紫外波长区间的第三光电探测层；以及，在形成所述第三光电探测层之后，在所述具有ito图案的石英的底侧上形成用于检测红色波长区间的第四光电探测层，其中所述第一光电探测层、所述第二光电探测层、所述第三光电探测层和所述第四光电探测层是无机卤化物钙钛矿。
6、采用的装置制造方法可以使用全真空工艺流程执行。关于四色钙钛矿图像传感器的设计，至少有四个特征：
7、1)装置的光学设计：四个钙钛矿层的特性能在单个装置中提供四个波长范围的光检测器，其中应用的参数包含薄膜的厚度和波长范围；
8、2)装置的电气设计：包括两个p-i-n-i-p堆叠层，并且以像素化电极阵列呈现；
9、3)能实现颜色区分和图像再现；以及
10、4)能在苛刻环境工作的可靠性。
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【技术保护点】
1.一种四色钙钛矿图像传感器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的四色钙钛矿图像传感器，其特征在于，在所述第一钙钛矿p-i-n-i-p组件中，用于所述紫外波长区间的所述光电探测层是CsPbCl3层，并且用于所述蓝色波长区间的所述光电探测层是CsPbClBr2层。
3.根据权利要求2所述的四色钙钛矿图像传感器，其特征在于，在所述第二钙钛矿p-i-n-i-p组件中，用于所述绿色波长区间的所述光电探测层是CsPbBr3层，并且用于所述红色波长区间的所述光电探测层是CsPbBrI2层。
4.根据权利要求3所述的四色钙钛矿图像传感器，其特征在于，进一步包括ITO层、NiO层和SnO2层，以形成由ITO/NiO/CsPbBrI2/SnO2/CsPbBr3/NiO/ITO/石英/ITO/NiO/CsPbClBr2/SnO2/CsPbCl3/NiO/ITO构成的堆叠配置。
5.根据权利要求4所述的四色钙钛矿图像传感器，其特征在于，在所述堆叠配置中，每个材料层与相邻层接触以形成材料界面。
6.根据权利要求3所述的四色钙钛矿图像传感器，其特征在于，所述紫外波长区间至少跨越300nm至410nm，所述蓝色波长区间至少跨越410nm至485nm，所述绿色波长区间至少跨越485nm至520nm，并且所述红色波长区间至少跨越520nm至650nm。
7.根据权利要求1所述的四色钙钛矿图像传感器，其特征在于，所述第一钙钛矿p-i-n-i-p组件包括CsPbCl3层、CsPbClBr2层、第一NiO层、第二NiO层和SnO2层，其中所述第一NiO层、所述CsPbCl3层和所述SnO2层共同形成NiO/CsPbCl3/SnO2二极管，并且其中所述SnO2层、所述CsPbClBr2层和所述第二NiO层共同形成SnO2/CsPbClBr2/NiO二极管。
8.根据权利要求1所述的四色钙钛矿图像传感器，其特征在于，所述第二钙钛矿p-i-n-i-p组件包括CsPbBr3层、CsPbBrI2层、第一NiO层、第二NiO层和SnO2层，其中所述第一NiO层、所述CsPbBr3层和所述SnO2层共同形成NiO/CsPbBr3/SnO2二极管，并且其中所述SnO2层、所述CsPbBrI2层和所述第二NiO层共同形成SnO2/CsPbBrI2/NiO二极管。
9.一种四色钙钛矿图像传感器系统，其特征在于，包括：
10.一种用于制造四色钙钛矿图像传感器的方法，其特征在于，包括：
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【技术特征摘要】
1.一种四色钙钛矿图像传感器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的四色钙钛矿图像传感器，其特征在于，在所述第一钙钛矿p-i-n-i-p组件中，用于所述紫外波长区间的所述光电探测层是cspbcl3层，并且用于所述蓝色波长区间的所述光电探测层是cspbclbr2层。
3.根据权利要求2所述的四色钙钛矿图像传感器，其特征在于，在所述第二钙钛矿p-i-n-i-p组件中，用于所述绿色波长区间的所述光电探测层是cspbbr3层，并且用于所述红色波长区间的所述光电探测层是cspbbri2层。
4.根据权利要求3所述的四色钙钛矿图像传感器，其特征在于，进一步包括ito层、nio层和sno2层，以形成由ito/nio/cspbbri2/sno2/cspbbr3/nio/ito/石英/ito/nio/cspbclbr2/sno2/cspbcl3/nio/ito构成的堆叠配置。
5.根据权利要求4所述的四色钙钛矿图像传感器，其特征在于，在所述堆叠配置中，每个材料层与相邻层接触以形成材料界面。
6.根据权利要求3所述的四色钙钛矿图像传感器，其特征在于，所述紫外波长区间至少跨越300nm至410nm，所述蓝色波长区间至少跨越410...
【专利技术属性】
技术研发人员：范智勇，裘晓，
申请(专利权)人：香港科技大学，
类型：发明
国别省市：
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