一种体相异质结型钙钛矿光电探测器的制作方法

本实用新型涉及光电器件技术领域，具体涉及一种体相异质结型钙钛矿光电探测器。

背景技术：

光电探测器是一种通过将光信号转换为电信号从而获取光信息的媒介。由于具有体积小、功耗低、灵敏度高等优点，光电探测器已经遍布人们生活中的各个空间，成为当今应用最为广泛的一类电子器件。

2009年，Miyasaka等首次将有机无机杂化的钙钛矿(CH₃NH₃PbA₃或CH₃NH₃PbA_3-xB_x，其中A、B＝I、Cl或Br)这类钙钛矿作为DSSCs的敏化材料，获得了3.8％的效率。钙钛矿是一种具有高吸光系数、高载流子迁移率与寿命和可控带隙的半导体，并且制备工艺简便，成本低廉，受到国内外学术界的广泛关注。经过几年的研究和发展，目前的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已超过20％。

然而，钙钛矿材料对水分子非常敏感，暴露在空气中时，钙钛矿材料会与空气中的水发生反应，导致钙钛矿材料分解而失效。因此，通过合适的手段提高钙钛矿材料或器件在空气中的稳定性，是提高钙钛矿光电器件使用寿命和推进钙钛矿光电探测器实用化的关键，也成为了发展钙钛矿材料实际应用的关键技术。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种光电探测性能优秀、空气中性能稳定的体相异质结型钙钛矿光电探测器。

为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：

一种体相异质结型钙钛矿光电探测器，包括基底、体相异质结型活性层和电极，所述体相异质结型活性层复合于所述基底的上表面，所述电极复合于体相异质结型活性层的上表面，所述体相异质结型活性层为内部分散有有机无机杂化钙钛矿粉体的有机半导体薄膜。

作为对上述技术方案的进一步改进：

优选的，所述有机半导体薄膜为2，4，6-三甲基三苯胺薄膜。

优选的，所述有机无机杂化钙钛矿粉体为CH₃NH₃PbCl₃钙钛矿粉体、CH₃NH₃PbBr₃钙钛矿粉体或CH₃NH₃PbI₃钙钛矿粉体。

优选的，所述体相异质结型活性层的厚度为100nm～1000nm。如果体相异质结薄膜的厚度过薄，入射光线将照射穿透薄膜，导致入射光的光照利用率下降；如果厚度太厚，只有表层材料能够吸收太阳能，产生光生载流子，而底层材料则不能充分利用，造成材料的利用率下降。本实用新型综合考虑多方面因素优选选择厚度为100nm～1000nm的薄膜作为体相异质结型活性层。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型的体相异质结型钙钛矿光电探测器采用体相异质结构，利用了复合材料功能叠加及优势互补原理，光吸收材料采用有机无机杂化钙钛矿粉体，选用有机半导体薄膜作为保护层，并将有机无机杂化钙钛矿粉体分散在有机半导体薄膜内形成体相异质结构。钙钛矿材料具有优秀的光电特性，有合适的能带结构，强的光吸收性能。有机半导体具有非常好的空气稳定性，形成的体相异质结构能使有机半导体薄膜包裹钙钛矿粉体，形成的保护层增加了钙钛矿材料的空气寿命；此外，有机半导体具有高的激子迁移率，使光生载流子通过有机半导体形成的网络传输至电极，形成了稳定的钙钛矿光电探测器。本实用新型通过将有机半导体薄膜包裹于钙钛矿晶粒表面，可使有机半导体与钙钛矿材料紧密结合，不仅提高了对钙钛矿材料的保护效果，而且可以更快速地实现载流子的抽取与传输，实现光生电子空穴对的快速分离，减小电子空穴对的复合，从而提高光电探测器的性能。本实用新型的体相异质结型钙钛矿光电探测器较单纯的钙钛矿材料光电探测器(如钙钛矿薄膜、钙钛矿单晶、钙钛矿线、钙钛矿片等光电探测器)在空气中的使用寿命得到显著提高。总体来说，本实用新型的体相异质结型钙钛矿光电探测器具有空气稳定性好、成本低的显著特点，大大改善了钙钛矿光电探测器的光探测性能和使用寿命，对提高钙钛矿基光电探测器实用化具有重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型体相异质结型钙钛矿光电探测器的结构示意图。

图2为本实用新型实施例1中体相异质结型钙钛矿光电探测器的光电流-电压曲线。

图3为本实用新型实施例1中体相异质结型钙钛矿光电探测器的响应时间-光电流曲线。

图4为本实用新型实施例1中体相异质结型钙钛矿光电探测器的稳定性曲线。

图5为本实用新型实施例2中体相异质结型钙钛矿光电探测器的稳定性曲线。

图6为本实用新型实施例3中体相异质结型钙钛矿光电探测器的稳定性曲线。

图例说明：

1、基底；2、体相异质结型活性层；3、电极；21、有机无机杂化钙钛矿粉体。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本实用新型作更全面、细致地描述，但本实用新型的保护范围并不限于以下具体的实施例。

需要特别说明的是，当某一元件被描述为“固定于、固接于、连接于或连通于”另一元件上时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本实用新型的保护范围。

除非另有特别说明，本实用新型中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1：

本实用新型体相异质结型钙钛矿光电探测器的一种实施例。该体相异质结型钙钛矿光电探测器的结构如图1所示，由图1可见，其主要包括基底1、体相异质结型活性层2以及电极3。其中，在体相异质结型活性层2内分散有有机无机杂化钙钛矿粉体21。该有机无机杂化钙钛矿粉体21为CH₃NH₃PbI₃钙钛矿粉体。

该体相异质结型钙钛矿光电探测器的制备方法主要包括以下步骤：

(1)依次使用去离子水、丙酮和无水乙醇将基底1分别超声清洗20min，然后使用高纯气体吹干，最后再对基底1进行紫外-臭氧处理20min。使基底1表面清洁，提高溶液在基底1表面的浸润性。

(2)将2，4，6-三甲基三苯胺和N，N-二甲基甲酰胺混合溶解，形成浓度为100mg/mL的2，4，6-三甲基三苯胺溶液。

(3)将配制好的2，4，6-三甲基三苯胺溶液和CH₃NH₃PbI₃钙钛矿粉体按照质量比10∶2混合均匀，形成共混溶液。

(4)将所得共混溶液通过旋涂或刮涂方式复合在基底1的上表面，形成分散有CH₃NH₃PbI₃钙钛矿粉体的2，4，6-三甲基三苯胺薄膜，然后进行退火处理，得到体相异质结型活性层2，退火温度为120℃，退火时间为60min。

(5)通过蒸镀法在体相异质结型活性层2的上表面制备电极3，即得到体相异质结型钙钛矿光电探测器。

该体相异质结型钙钛矿光电探测器的光电流-电压曲线如图2所示，其响应时间-光电流曲线如图3所示，由图2和图3可知，该体相异质结型钙钛矿光电探测器具有好的光电探测性能。该体相异质结型钙钛矿光电探测器的稳定性曲线如图4所示，图4表明2，4，6-三甲基三苯胺薄膜能够有效地提高光电探测器的空气稳定性，其空气稳定性较相关报道有明显提升。经测定，该体相异质结型钙钛矿光电探测器中体相异质结型活性层2的厚度为1000nm。该体相异质结型钙钛矿光电探测器对紫外光-可见光-近红外光均具有良好的光响应，在空气中放置60天后，性能无明显衰减。

实施例2：

本实用新型体相异质结型钙钛矿光电探测器的一种实施例。该体相异质结型钙钛矿光电探测器的结构如图1所示，由图1可见，其主要包括基底1、体相异质结型活性层2以及电极3。其中，在体相异质结型活性层2内分散有有机无机杂化钙钛矿粉体21。该有机无机杂化钙钛矿粉体21为CH₃NH₃PbBr₃钙钛矿粉体。

该体相异质结型钙钛矿光电探测器的制备方法主要包括以下步骤：

(1)依次使用去离子水、丙酮和无水乙醇将基底1分别超声清洗20min，然后使用高纯气体吹干，最后再对基底1进行紫外-臭氧照射处理20min。使基底1表面清洁，提高溶液在基底1表面的浸润性。

(2)将2，4，6-三甲基三苯胺和三氯甲烷混合溶解，形成浓度为50mg/mL的2，4，6-三甲基三苯胺溶液。

(3)将配制好的2，4，6-三甲基三苯胺溶液和CH₃NH₃PbBr₃钙钛矿粉体按照质量比10∶1混合均匀，形成共混溶液。

(4)将所得共混溶液通过旋涂或刮涂方式复合在基底1的上表面，形成分散有CH₃NH₃PbBr₃钙钛矿粉体的2，4，6-三甲基三苯胺薄膜，然后进行退火处理，得到体相异质结型活性层2，退火温度为80℃，退火时间为10min。

(5)通过蒸镀法在体相异质结型活性层2的上表面制备电极3，即得到体相异质结型钙钛矿光电探测器。

该体相异质结型钙钛矿光电探测器的稳定性曲线如图5所示，图5表明2，4，6-三甲基三苯胺薄膜能够有效地提高光电探测器的空气稳定性，该光电探测器具有良好的稳定性。经测定，该体相异质结型钙钛矿光电探测器中体相异质结型活性层2的厚度为500nm。该体相异质结型钙钛矿光电探测器对紫外光-可见光-近红外光均具有良好的光响应，在空气中放置55天后，性能无明显衰减。

实施例3：

本实用新型体相异质结型钙钛矿光电探测器的一种实施例。该体相异质结型钙钛矿光电探测器的结构如图1所示，由图1可见，其主要包括基底1、体相异质结型活性层2以及电极3。其中，在体相异质结型活性层2内分散有有机无机杂化钙钛矿粉体21。该有机无机杂化钙钛矿粉体21为CH₃NH₃PbCl₃钙钛矿粉体。

该体相异质结型钙钛矿光电探测器的制备方法主要包括以下步骤：

(1)依次使用去离子水、丙酮和无水乙醇将基底1分别超声清洗20min，然后使用高纯气体吹干，最后再对基底1进行紫外-臭氧照射处理20min。使基底1表面清洁，提高溶液在基底1表面的浸润性。

(2)将2，4，6-三甲基三苯胺和四氢呋喃混合溶解，形成浓度为10mg/mL的2，4，6-三甲基三苯胺溶液。

(3)将配制好的2，4，6-三甲基三苯胺溶液和CH₃NH₃PbCl₃钙钛矿粉体按照质量比10∶1混合均匀，形成共混溶液。

(4)将所得共混溶液通过旋涂或刮涂方式复合在基底1的上表面，形成分散有CH₃NH₃PbCl₃钙钛矿粉体的2，4，6-三甲基三苯胺薄膜，然后进行退火处理，得到体相异质结型活性层2，退火温度为100℃，退火时间为10min。

(5)通过蒸镀法在体相异质结型活性层2的上表面制备电极3，即得到体相异质结型钙钛矿光电探测器。

该体相异质结型钙钛矿光电探测器的稳定性曲线如图6所示，图6表明2，4，6-三甲基三苯胺薄膜能够有效地提高光电探测器的空气稳定性，该光电探测器具有良好的稳定性。经测定，该体相异质结型钙钛矿光电探测器中体相异质结型活性层2的厚度为100nm。该体相异质结型钙钛矿光电探测器对紫外光-可见光-近红外光均具有良好的光响应，在空气中放置70天后，性能无明显衰减。

值得再次强调的是，本实用新型所用有机无机杂化钙钛矿粉体、有机半导体材料(2，4，6-三甲基三苯胺)、基底等均为现有材料或者可以通过现有方法制备得到的材料，本实用新型不涉及对材料本身的改进。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。