一种基于三维结构钙钛矿材料的光探测器及其制备方法与流程

文档序号：11136773阅读：753来源：国知局

本发明属于光电探测技术领域，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。

背景技术：

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。

技术实现要素：

为了克服现有技术的缺点，本发明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，本发明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。

本发明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，本发明具有以下有益效果：

本发明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。

本发明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。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下本发明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发明的进一步理解，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发明，但并不构成对本发明的限制。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是本发明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

以下对本发明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发明，并不用于限制本发明。

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。