利用量子点和钙钛矿混合物作为集光体的光电探测器的制作方法

本申请要求2015年8月31日提交的美国临时申请号62/212,002的权益，其全部内容通过引用并入本文。

对于联邦政府资助的研究或开发的声明

本发明是在美国国家科学基金授予的合同号1351785下的政府支持作出的。政府拥有本发明中某些权利。

技术领域

一般地，本发明的实施方式涉及光电探测器。具体地，本发明的实施方式涉及利用量子点集光材料的光电探测器。更具体地，本发明的实施方式涉及利用被钙钛矿混合物材料钝化的量子点集光材料的光电探测器。

背景技术：

在紫外-可见(UV-vis)至红外(IR)光谱中光学传感对各种活动是重要的，包括监测和遥感、光纤通信、日间/夜间监视、和医学成像。目前，为了实现这样的传感，需要单独的传感器和/或材料来探测UV-vis至IR波长光谱或范围内的不同子能带。例如，AlGaN、Si、InGaAs和PbS基光电探测器(PD)已经被用于覆盖在250nm至2600nm之间的波长发生的光谱响应。然而，这样的PD需要在低温下操作，诸如在InGaAs基光电探测器情况中4.2开尔文度，例如，以达到高水平的探测灵敏度。

为了避免这样的低温操作需求，已经给予极大的关注以开发硫化铅(PbS)量子点(QD)基光电探测器(PD)，在下文被称为PbS QD基PD。例如，由PbS QD基PD已经实现超过10³A/W的响应率(R)同时大约10¹³琼斯(1琼斯＝1cm Hz^1/2W^-1)的可探测率(D*)。另外，由掺入高度导电石墨烯作为集光体(light harvester)的PbS QD基PD进一步实现了大约10⁷A/W的响应率(R)。然而，在两种情况中均利用平的薄膜晶体管(TFT)器件结构，其导致对对高驱动电压和慢响应时间的需求，其是大的横向电极间距(大于50μm)的结果，需要该间距用于降低暗电流和用于保持TFT中高的增益。这样的PbS QD光电探测器的这些限制基本上限制它们在日间/夜间监视和化学/生物传感中的应用，在这些应用中，高速和低功率(例如低电压)操作是期望的。

鉴于当前的PbS QD基光电探测器的这些缺点，开发使用低驱动电压的具有垂直器件结构的PbS QD基光电探测器将是期望的。遗憾地，由于PbS QD的差的导电率，已经限制这样的PbS QD的开发，这是由PbS QD的表面上大量陷获态的存在引起的。为了实现高性能PbS QD基光电探测器操作，在这样的光电探测器中的陷获态需要被最小化或消除，由于陷获态为与PbS QD的载流子复合提供众多位点，同时还导致大的泄漏电流，该泄漏电流导致低的可探测率。

因此，存在对这样的光电探测器的需要：其通过在PbS QD的带隙中填充难以进入(hard to access)的位点消除或降低引起PbS QD中的陷获态的结构缺陷。另外，存在对这样的光电探测器的需要：其在降低的温度，诸如室温，以及低功率下操作，用于UV-vis(紫外可见)至IR(红外)之间的光谱中的波长的光学探测。还存在对这样的光电探测器的需要：其具有与无机光电探测器的操作性能类似的操作性能，但是其能够在室温下操作。此外，存在对这样的光电探测器的需要：其利用配置有垂直器件结构的PbS QD。

技术实现要素：

根据前述，本发明的实施方式的一个方面是提供光电探测器，其包括至少部分透光的第一电极；邻接第一电极放置的量子点层；直接邻接量子点层放置的钙钛矿混合物层；和邻接钙钛矿混合物层放置的第二电极。

本发明的实施方式的另一方面是提供形成光电探测器的方法，其包括提供第一至少部分透光的电极；提供邻接第一电极的量子点层；提供直接邻接量子点层的钙钛矿混合物层；和提供邻接所述钙钛矿混合物层的第二电极。

附图说明

根据下面的描述、所附权利要求和附图，将更好地理解本发明的这些和其它特征和优点，其中：

图1A是根据本发明的一个或多个实施方式的概念的具有ITO/PEDOT:PSS/PbS QD/CH₃NH₃PbI₃/PC₆₁BM/Al的构造的光电探测器的示意图；

图1B是根据本发明的一个或多个实施方式的概念的图1A的光电探测器中每一层的截面扫描电子显微镜(SEM)图像；

图1C是显示根据本发明的一个或多个实施方式的概念的图1A的光电探测器的各种结构层的逸出功(work function)的图，其包括PEDOT:PSS、Al，PbS QD、CH₃NH₃PbI₃和PC₆₁BM的HOMO、LUMO能级；

图2A是PbS QD的透射电子显微镜图像；

图2B是显示根据本发明的一个或多个实施方式的概念的原始的PbS QD薄膜、原始CH₃NH₃PbI₃薄膜和PbS QD/CH₃NH₃PbI₃薄膜的吸收光谱的图；

图2C是显示ITO/PEDOT:PSS/PbS QD/PC₆₁BM/Al的J-V特性的图，其中PbS QD具有不同的厚度；

图3是显示根据本发明的一个或多个实施方式的概念的具有下面构造的光电探测器的EQE光谱的图：ITO/PEDOT:PSS/PbS QD/PC₆₁BM/Al的构造(Pb QD基PD)、ITO/PEDOT:PSS/CH₃NH₃PbI₃/PC₆₁BM/Al的构造(CH₃NH₃PbI₃基PD)、和ITO/PEDOT:PSS/PbS QD/CH₃NH₃PbI₃/PC₆₁BM/Al的构造(PbS QD/CH₃NH₃PI₃基PD)；

图4A是显示具有PEDOT:PSS/PbS QD/PC₆₁BM/Ca/Al的构造的光电探测器的能级排列的图；

图4B是显示根据本发明的一个或多个实施方式的概念的具有PEDOT:PSS/PbS QD/CH₃NH₃PbI₃/Ca/Al的构造的光电探测器的能级排列的图；

图4C是PbS QD/PC₆₁BM双端光电探测器的Mott-Schottky图；

图4D是根据本发明的一个或多个实施方式的概念的PbS QD/CH₃NH₃PbI₃双端光电探测器的Mott-Schottky图；

图4E是显示根据本发明的一个或多个实施方式的概念的PbS QD/PC₆₁BM和PbS/CH₃NH₃PbI₃的能态密度光谱的图；

图5是显示根据本发明的一个或多个实施方式的概念的ITO/PEDOT:PSS/PbS QD/PC₆₁BM/Al光电探测器和ITO/PEDOT:PSS/PbS QD/CH₃NH₃PbI₃/PC₆₁BM/Al光电探测器的光电流密度对光强度的图；

图6A是显示根据本发明的一个或多个实施方式的概念的在黑暗下和在以具有0.80mW/cm²和0.70mW/cm²的光强度的500nm和900nm的波长的单色光照射下ITO/PEDOT:PSS/PbS QD/CH₃NH₃PbI₃/PC₆₁BM/Al光电探测器的J-V特性的图；

图6B是显示在黑暗下和在以具有0.80mW/cm²和0.70mW/cm²的光强度的500nm和900nm的波长的单色光照射下ITO/PEDOT:PSS/PbS QD/PC₆₁BM/Al光电探测器的J-V特性的图；

图6C是显示根据本发明的一个或多个实施方式的概念的ITO/PEDOT:PSS/PbS QD/PC₆₁BM/Al光电探测器和ITO/PEDOT:PSS/PbS QD/CH₃NH₃PbI₃/PC₆₁BM/Al光电探测器的可探测率对波长的图；

图6D是显示根据本发明的一个或多个实施方式的概念的ITO/PEDOT:PSS/PbS QD/CH₃NH₃PbI₃/PC₆₁BM/Al NIR光电探测器的线性动态范围的图；和

图7是显示根据本发明的一个或多个实施方式的概念的PbS QD/PC₆₁BM光电探测器和PbS QD/CH₃NH₃PbI₃光电探测器的性能的表。

具体实施方式

光电探测器一般地由数字10指示，如附图的图1A-B中所示。光电探测器10包括透明的导电电极或层20，其可以由至少部分透光的任意适合的导电材料形成，诸如氧化铟锡(ITO)。邻接透明导电层20放置的是缓冲层30。缓冲层30可以由任意适合的材料形成，诸如，例如聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)聚磺苯乙烯(PEDOT:PSS)。邻接缓冲层30放置的是量子点层40。量子点层40可以由任意适合的量子点材料形成，诸如，例如PbS(硫化铅)量子点(PbS QD)。直接邻接量子点层40放置的是钙钛矿混合物层50，其可以包括有机铅卤化物钙钛矿材料，形成为CH₃NH₃PbI₃，以及钙钛矿材料的任意其它适合的混合物。邻接钙钛矿混合物层50放置的是缓冲层60。缓冲层60可以由[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PC₆₁BM)，或任意其它适合的材料——诸如n-型有机半导体材料形成。邻接缓冲层60放置的是电极或导电层70。电极70由任意适合的导电材料——诸如低逸出功金属诸如，例如铝(Al)或钙(Ca)形成。应当理解，在一些实施方式中，一个或多个层和电极20-70可以布置为直接邻接另一个层或电极20-70，诸如图1A中所示的那样。可选地，在其它实施方式中，层和电极20-70可以这样布置：使得一个或多个其它介于中间的层或结构可以被插入在光电探测器10的各种层/电极20-70之中或之间的任意位置，以便邻接或直接邻接一个或多个层和/或电极20-70。

如此，钙钛矿混合物材料，诸如有机铅卤化物钙钛矿或CH₃NH₃PbI₃，用于钝化光电探测器10的PbS QD层40中的表面缺陷。这是由于事实：钙钛矿混合物材料，诸如CH₃NH₃PbI₃，具有八面体多晶结构，其在大约1nm的尺度内，其足够小以达到PbS QD的难以进入表面缺陷位点。结果，通过利用CH₃NH₃PbI₃材料填充表面缺陷最小化PbS QD的陷获态。另外，CH₃NH₃PbI₃自身作为有效的集光体，其已经逐渐的被开发为有效的光伏操作。因此，光电探测器10作为未冷却的、超灵敏的和溶液处理的器件，同时提供使用垂直器件结构的宽能带操作，其中CH₃NH₃PbI₃和PbS QD每个独立地作为集光体。分别使用光电探测器10，已经在可见和近IR(NIR)区域实现超过300mA/W和130mA/W的响应率(R)以及超过10¹³琼斯和5×10¹²琼斯的D*。此外，光电探测器10在室温下提供高性能、宽能带操作。

在图2A中显示在光电探测器10的一个或多个实施方式中使用的量子点层40的PbS量子点的TEM(透射电子显微镜)图像。如此，使用的PbS量子点的平均直径为大约5nm，其指示PbS QD的带隙为大约1.1eV。在图2B中显示原始的PbS QD(～100nm)、原始的CH₃NH₃PbI₃(～280nm)和PbS QD(～100nm)/CH₃NH₃PbI₃(～280nm)薄膜的吸收光谱。PbS QD的吸收光谱为从大约375至1100nm。基于吸收光谱的起点，PbS QD的能带隙为大约1.1eV。CH₃NH₃PbI₃有机铅卤化物钙钛矿材料的吸收光谱为从大约375至800nm。另外，PbS QD/CH₃NH₃PbI₃的吸收光谱为PbS QD光谱和CH₃NH₃PbI₃光谱的叠加，其指示通过光电探测器10PbS QD对近红外(NIR)吸收是可响应的。

还评估了作为光伏电池的光电探测器10以评价PbS QD的薄膜厚度对光伏性能的作用。如此，在一个实施方式中构建光电探测器10以具有结构ITO/PEDOT:PS/PbS QD/PC₆₁BM/Al。在图1C中显示这样的器件的电流密度对电压(J-V)特性。如此，具有大约100nm的PbS QD厚度的光电探测器10具有大约8mA/cm²的最高的短路电流密度(J_SC)。PbS QD的较薄的膜导致不充分的入射光吸收。此外，因为在PbS QD层的较厚的膜中容易引入缺陷，其对J_SC是严重不利的，所以由具有较薄或较厚PbS QD的光伏电池观察到低的J_SC。因此，具有大约100nm厚度的PbS QD可以用于制造光电探测器10。然而，应当理解，光电探测器10可以使用任意其它厚度的PbS QD层40。

在图1A-B中显示了光电探测器10的构造和ITO/PEDOT:PS/PbS QD/PC₆₁BM/Al结构中每层的横截面扫描电子显微镜(SEM)图像。在图1C中显示了CH₃NH₃PbI₃和PC₆₁BM的最低未占分子轨道(LUMO)和最高占据分子轨道(HOMO)能级，PbS QD的导带(CB)和价带(VB)，以及PEDOT:PSS和Al的逸出功。基于能带排列(图1C)，在PbS QD薄膜中产生光生电子和空穴，然后由于在PbS QD层40和PEDOT:PSS层30之间形成欧姆接触，电子可被转移至CH₃NH₃PbI₃钙钛矿混合物层50，同时空穴迁移至PEDOT:PSS/ITO电极20、30。另外，由于CH₃NH₃PbI₃钙钛矿混合物层50和PC₆₁BM吸电子层(electron extraction layer)60之间的LUMO能量偏移，CH₃NH₃PbI₃钙钛矿混合物层50中的光生电子可以被转移至PC₆₁BM吸电子层(EEL)60，同时由于PbS QD和CH₃NH₃PbI₃钙钛矿的匹配的HOMO能级，空穴被传输至PbS QD层40并进一步由PEDOT:PSS/ITO电极20、30收集。上述操作过程的协同作用有助于光电探测器在可见和NIR区域中的光响应。

还评估了具有ITO/PEDOT:PSS/PbS QD/CH₃NH₃PbI₃/PC₆₁BM/Al的器件结构的光电探测器10(确定为PbS QD/CH₃NH₃PbI₃基PD)的光响应，借此在图3中显示了其外量子效率(EQE)光谱(光谱响应)。制造具有ITO/PEDOT:PSS/PbS QD/PC₆₁BM/Al的器件结构的光电探测器10(确定为PbS QD基PD)和具有ITO/PEDOT:PSS/CH₃NH₃PbI₃/PC₆₁BM/Al的器件结构的光电探测器10(确定为CH₃NH₃PbI₃基PD)用于比较评价。在图3中显示了这些结构的EQE光谱。发现，CH₃NH₃PbI₃基光电探测器在超过800nm时不显示光响应率，这与其吸收光谱(图2B)一致。QD/CH₃NH₃PbI₃基光电探测器具有从可见至NIR(近红外)区域的延伸的光响应率。而且，通过比较在从375nm至1100nm的光谱区域内PbS QD/CH₃NH₃PbI₃基光电探测器10的EQE光谱与PbS QD基光电探测器的EQE光谱，在可见区域中，光电探测器10的显著提高的EQE值归因于CH₃NH₃PbI₃钙钛矿光响应，而在NIR中EQE提高来自PbS QD。

为了理解来自PbS QD/CH₃NH₃PbI₃基光电探测器10的伴随宽能带光谱响应的提高发生的物理变化，特别是，NIR光谱响应，使用Mott-Schottky分析。具体地，该分析首先被采用以评估通过掺入CH₃NH₃PbI₃钙钛矿混合物层50，PbS QD中掺杂密度(N_d)和耗尽区(W_p)的宽度如何改变。如此，制造具有ITO/PEDOT:PSS/PbS QD/PC₆₁BM/Al和ITO/PEDOT:PSS/PbS QD/CH₃NH₃PbI₃/Ca/Al的结构的双端器件并表征以估算PbS QD/PC₆₁BM和PbS QD/CH₃NH₃PbI₃薄膜中的N_d和W_p。从图4A和4B中所示能带排列，在图4A中，在PbS QD/PC₆₁BM界面处仅形成耗尽区(此处电容上升)，而在图4B中，在PbS QD/CH₃NH₃PbI₃界面处形成耗尽区。在图4C和4D中显示了PbS QD/PC₆₁BM光电探测器和PbS QD/CH₃NH₃PbI₃基光电探测器10的Mott-Schottky曲线(vs.偏压)。其中的插图显示了这两种器件的原始电容(C)对电压(C-V)特性。然后由耗尽大约值计算在各种施加的偏压下的结电容。因此，由下面的方程描述C和N_d之间的关系：

其中分别地，C为耗尽区电容；ε为静态电容率，对于PbS QD，其为18；ε₀为真空电容率(permittivity of free space)；N_d为供体的掺杂密度；A为有效面积和V为施加的电压。计算图4C和4D中线性区域的斜率分别为大约4.8×10¹⁷F^-2V^-1和2.5×10¹⁷F^-2V^-1。从这些斜率，对于PbS QD/PC₆₁BM和PbS QD/CH₃NH₃PbI₃薄膜，估算PbS QD中掺杂密度N_d分别为大约1.7×10¹⁷cm^-3和7.8×10¹⁶cm^-3。另外，内建势被从PbS QD/PC₆₁BM基光电探测器中的0.31eV增加至PbS QD/CH₃NH₃PbI₃基光电探测器中的0.61eV。这样的高内建势能够有效地驱动光生载流子的分离，导致高的光电流。

由下面的方程描述耗尽层宽度(depletion width)：

其中N_a和N_d分别为PbS QD和PC₆₁BM(或CH₃NH₃PbI₃)的掺杂密度。PC₆₁BM和CH₃NH₃PbI₃的掺杂密度分别为大约1.0×10¹⁶cm^-3和2.1×10¹⁷cm^-3。根据方程2，估算在PbS QD/PC₆₁BM界面处耗尽层宽度为大约75nm，其在PbS QD/CH₃NH₃PbI₃界面处显著地增加至大约120nm。考虑到PbS QD薄膜的厚度为大约100nm，其超过PbS QD/PC₆₁BM界面中PbS QD薄膜的耗尽层宽度，对于PbS QD/PC₆₁BM基光电探测器，电子-空穴对复合发生在PbS QD薄膜中。而对于PbS QD/CH₃NH₃PbI₃基光电探测器10，整个PbS QD薄膜被耗尽，和载流子复合被极大地抑制，导致在可见和NIR区域二者中增强的EQE光谱响应，如图3中所示。

使用从C-V曲线提取的能态密度(DOS)来进一步研究PbS QD的陷获态。载流子浓度，n，可以通过对电压积分C-V曲线被估算。如此，n被描述为：

其中A为器件面积，e为电子电荷和d为薄膜厚度。应当注意，n为将准费米能级分离至相应电压所需的过量载流子的量，或n可以为需要被填充的中间能隙态的数目。因此，DOS的光谱可以通过微分载流子密度与电压来获得。图4E显示了与PbS QD/PC₆₁BM薄膜中陷获态相比光电探测器10的PbS QD/CH₃NH₃PbI₃薄膜中降低的陷获态。这样的降低的陷获态指示PbS QD的大部分表面结构缺陷被钝化，随后通过CH₃NH₃PbI₃钙钛矿混合物材料，PbS QD的中间能隙态被移除，导致有效率的载流子分离和收集，这是由于载流子复合通常发生在中间能隙态中。

为了进一步确认上述结论，研究双分子复合动态。通过作为光强度的函数的J_SC的变化图解双分子复合动态。图5显示了PbS QD和PbS QD/CH₃NH₃PbI₃基光电探测器10两者的J_SC的稳态光强度依赖。从幂函数拟合，J_SC∝I^α，其中I为光强度，对于PbS QD基光电探测器和PbS QD/CH₃NH₃PBI₃基光电探测器10，系数α分别提取为0.86和0.99。此外，α＝1指示在复合之前所有载流子已经被清除，而来自α＝1的偏差归因于PbS QD基光电探测器的双分子复合。因此，可以得出结论，在利用CH₃NH₃PBI₃钙钛矿混合物材料钝化之后，PbS QD中的双分子复合被显著地抑制，其与上面描述的Mott-Shottkey分析和DOS结果一致。因此，PbS QD/CH₃NH₃PBI₃基光电探测器10中可见和NIR光谱响应的增强源于CH₃NH₃PBI₃的组合功能，其同时钝化PbS QD的表面上的陷获态以及还扩宽PbS QD薄膜层40中耗尽区，其中PbS QD和CH₃NH₃PBI₃钙钛矿混合物材料层50二者均被用作共集光体。

通过在室温下测量，在黑暗条件下和在以大约500和900nm的波长(λ)的单色光照射下的J-V特性，进一步分析PbS QD/CH₃NH₃PBI₃基光电探测器10和PbS QD基光电探测器10。在图5A和5B中显示了上面的两种不同的光电探测器的J-V特性。发现，与PbS QD基光电探测器的9.4×10^-8A/cm²相比，PbS QD/CH₃NH₃PBI₃基光电探测器10的2.1×10^-9A/cm²的暗电流(J_d)被降低将近两倍。这些结果确认了PbS QD的表面结构缺陷被具有小分子尺度的钙钛矿混合物材料50钝化，其有效地消除在缺陷位点发生的泄露电流，其是非常期望的。图6A和6B还显示了在以具有0.70mA/cm²的光强度的λ＝900nm的单色光的照射下，PbS QD/CH₃NH₃PBI₃基光电探测器和PbS QD基光电探测器10的J_ph分别为大约9.3×10^-5A/cm²和6.7×10^-5A/cm²。相对于PbS QD基光电探测器的J_ph较高的来自PbS QD/CH₃NH₃PBI₃基光电探测器10的J_ph确认了先前的C-V和DOS测量，其与EQE值不一致。

根据其中J_ph为光电流和L_光为入射光强度，计算来自两种不同光电探测器的响应率(R)。基于方程D*＝R/(2qJ_a)^1/2，估算可探测率(D*)其中q为电子电荷(1.6×10^-19库伦)的绝对值，和J_d为暗电流密度(A/cm²)。在表1中概括来自这两种PD的R和D*，在图7中显示。分别在λ＝500nm和λ＝900nm处由PbS QD基光电探测器观察到110mA/W和98mA/W的R，以及6.9×10¹¹琼斯和4.8×10¹¹琼斯的D*。分别在λ＝500nm和λ＝900nm处由PbS QD/CH₃NH₃PBI₃基光电探测器观察到302mA/W和132mA/W的R，以及1.2×10¹³琼斯和5.1×10¹²琼斯的D*。而且，来自PbS QD/CH₃NH₃PBI₃基光电探测器的器件性能参数为报道的具有垂直器件结构的PbS QD基光电探测器的最高值。

另外，基于光电探测器的EQE光谱，估算D*对不同波长，其结果在图6C中显示。因此，PbS QD/CH₃NH₃PBI₃基光电探测器10的D*比PbS QD基光电探测器的D*高超过一个数量级，甚至在NIR区域。这样的大的增强是光电探测器10使用的CH₃NH₃PBI₃钙钛矿混合物材料50的组合功能的结果，其同时钝化PbS QD层40的表面陷获态以及扩宽PbS QD薄膜层40中的耗尽区，其分别有助于显著抑制的暗电流和光电探测器10的增强的光响应。

还测量了光电探测器的光电流密度对入射光强度并在图6D中显示结果。根据方程：LDR＝20log(J*_ph/J_暗)计算线性动态范围(LDR)或感光性线性度(通常表示为dB)，其中J*_ph是在1mW/cm²的光强度下测量的光电流。对于PbS QD/CH₃NH₃PbI₃基光电探测器10，LDR超过100dB，其比得上Si光电探测器的LDR(120dB)并明显高于InGaAs光电探测器的LDR(66dB)。这些结果都证明PbS QD/CH₃NH₃PBI₃基宽能带光电探测器10能够具有操作性能，该性能比得上Si光电探测器和InGaAs光电探测器。

因此，光电探测器10的实施方式提供了提高PbS QD基宽能带光电探测器的性能的简便方法。利用小分子尺度的CH₃NH₃PbI₃有机铅卤化物钙钛矿混合物材料钝化PbS QD的表面结构缺陷不仅显著地移除PbS QD的能带隙中的陷获态，而且极大地抑制PbS QD/CH₃NH₃PbI₃基光电探测器10的暗电流，其有效地减少复合损耗并因此提高光电探测器的光响应。另外，CH₃NH₃PbI₃钙钛矿混合物材料50自身为光吸收体，其在可见区域贡献大的光电流。结果，在可见和NIR区域中光电探测器10展现从375nm至1100nm的宽光谱响应，具有超过300mA/W和130mA/W的高响应率，大于10¹³琼斯和5×10¹²琼斯的高可探测率。光电探测器10的实施方式还具有大约100dB的线性动态范围。此外，光电探测器10的性能比得上无机光电探测器的性能，并指示本发明的实施方式的光电探测器10提供用于提高宽能带光电探测器的简易的和有前景的途径。

实验结果：

材料:

分别从Evident Technology,Inc.、Alfa Aesar和Nano C Inc.购买P-型PbS QD、PBI₂、PC₆₁BM，并且作为接收而没有进一步净化使用以形成光电探测器10。在实验室中合成甲基碘化铵(CH₃NH₃I，MAI)。制备钙钛矿前体溶液，借此PbI₂和MAI溶解在二甲基甲酰胺(DMF)和乙醇中，其中PbI₂的浓度为400mg/mL和MAI的浓度为35mg/mL。在大约100℃下加热所有溶液持续大约10分钟以确保MAI和PbI₂二者完全溶解。

薄膜制备和表征:

使用HP 8453分光光度计测量PbS QD、CH₃NH₃PbI₃和PbS QD/CH₃NH₃PbI₃薄膜的紫外可见(UV-vis)光吸收光谱。由Model JEOL-7401日本电子光学实验室(JEOL)测量横截面扫描电子显微镜(SEM)图像。由Model JEOL JSM-1230测量俯视透射电子显微镜(TEM)图像。用532nm脉冲激光器作为激发源，在大约9.743MHz的频率获得光致发光(PL)光谱。PbS QD和CH₃NH₃PbI₃薄膜的厚度通过原子力显微镜(AFM)测量。

器件制造:

PEDOT:PSS被自旋浇铸在预先清洁的ITO基底的顶部，随后沉积多层PbS QD，然后配体交换。利用的制造过程如下：PbS QD的第一层被从10mg/mL的甲苯溶剂以大约1000RPM持续20秒旋涂在PEDOT:PSS的顶部上，随后用1,2-乙二硫醇(EDT)/甲醇溶液(10vol％)冲洗薄膜30秒，并且然后自旋浇铸持续大约10秒以干燥膜。通过重复上面的过程制造多层PbS QD以获得期望的厚度，和然后在空气中在大约90℃下退火大约3小时以完成处理。CH₃NH₃PbI₃钙钛矿混合物薄膜然后通过2步制造方法加工，借此在PbS QD层的顶部上从400mg/mL的DMF溶液以大约3000RPM旋涂PbI₂层大约35秒，然后在大约70℃下干燥薄膜大约5分钟。在膜冷却至室温之后，在PbI₂层的顶部上从35mg/mL的乙醇溶液以大约3000RPM旋涂MAI层大约35秒，随后立即转移至电热板(100℃)。在大约100℃下热退火大约2小时之后，从20mg/mL的浓度的氯苯溶液以大约1000RPM沉积PC₆₁BM层大约55秒。最后，通过热蒸发铝(AI)(100nm)完成pero-HSC。得到的器件面积限定为大约0.16cm²。

器件表征:

使用Keithley 2400电源单元测量各种光电探测器的电流密度对电压(J–V)特性。使用太阳能模拟器，在大约500nm的波长以及大约0.80mW/cm²的照射强度和900nm以及大约0.70mW/cm²的照射强度表征光电探测器。利用商业光调制光谱机构(DSR 100UV-B)测量光电探测器的外量子效率(EQE)，光调制光谱机构包括氙灯、光断续器、单色仪、由PC计算机操作的锁定放大器和校准的Si光电二极管。由Keithley model 82-WIN Simultaneous CV系统测量电容对电压(C-V)特性。

因此，可见已经通过以上呈现的结构和使用其的方法满足本发明的实施方式的目标。同时根据专利法规，已经详细呈现和描述了仅最佳模式和优选实施方式，而应当理解的是本发明的实施方式不限于此或被此限制。因此，对于发明的真实范围和宽度的评价，应当参考权利要求。