一种铋氧基异质结的制备方法和铋氧基异质结宽波段光电探测器及其制备方法

的质量比为1:2。
14.进一步的，所述步骤二中，加热温度为80～90℃，时间为30～40min。
15.进一步的，所述步骤三中，水热法的温度为190～210℃，时间为20～24h。
16.一种铋氧基异质结宽波段光电探测器，所述宽波段光电探测器包括工作电极、对电极和电解质，所述工作电极的基体材料为bi2o2se/bicuose异质结。
17.一种铋氧基异质结宽波段光电探测器的制备方法，
18.步骤1、将bi2o2se/bicuose异质结分散于无水乙醇中，然后涂覆在fto导电玻璃表面，烘干，得到工作电极；
19.步骤2、将对电极与工作电极通过热封膜连接，而后向空腔内注入电解质，得到铋氧基异质结宽波段光电探测器。
20.进一步的，所述步骤1中，bi2o2se/bicuose异质结与无水乙醇的质量体积比为0.01g:(1～2)ml。
21.进一步的，所述步骤2中，对电极为铂电极，电解质为聚硫电解质。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
23.1、水热法制备bi2o2se/bicuose异质结操作简单、反应可控，而且产物具有较大的比表面积，可以吸收更多的光子，产生较大的响应度，充分发挥纳米材料的优势。
24.2、窄带隙半导体bi2o2se与bicuose由于其导电类型不同，可以形成p-n结，基于bi2o2se/bicuose异质结的宽波段光电探测器不仅可以实现从紫外光、可见光、近红外光的探测要求，并且在内建电场的存在下使其光生载流子的分离效率更高，得到高响应度和快速响应。
附图说明
25.图1：bi2o2se/bicuose异质结的xrd图谱；
26.图2：bi2o2se/bicuose异质结的sem图片；
27.图3：bi2o2se/bicuose异质结的tem图像；
28.图4：bi2o2se/bicuose异质结的吸收光谱；
29.图5：bi2o2se/bicuose异质结宽波段探测器的光电流响应；(a)为器件图示，(b-d)分别为365、530、850nm波长下器件的光电流响应，光功率密度为10mw/cm2；
30.图6：bi2o2se/bicuose异质结宽波段探测器的电化学阻抗谱；
31.图7：bi2o2se/bicuose异质结宽波段探测器的响应时间；
32.图8：bi2o2se/bicuose异质结宽波段探测器的响应度。
具体实施方式
33.下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
34.具体实施方式一
35.一种铋氧基异质结的制备方法，包括如下步骤：
36.步骤一、配制浓度为0.035～0.040g/ml的pvp溶液，并向溶液中加入bi(no3)3·
5h2o、cu(ch3coo)2·
h2o和混合盐，得到混合溶液a；其中，混合盐包括lino3和kno3，bi(no3)3·
5h2o的浓度为0.042～0.048mol/l，cu(ch3coo)2·
h2o的浓度为0.002～0.008mol/l，混合盐的浓度为0.4～0.5g/ml，混合盐lino3与kno3的质量比为1:2；
37.步骤二、配制浓度为0.04～0.06g/ml的naoh溶液，并向溶液中加入se粉和无水na2so3，加热后得到混合溶液b；其中，se粉的浓度为0.02～0.03mol/l，无水na2so3的浓度为0.05～0.10mol/l；
38.步骤三、将混合溶液a和混合溶液b按照体积比为1:1的比例混合在一起作为前驱体溶液，通过水热法制备，之后进行离心、清洗、干燥后得到bi2o2se/bicuose异质结。
39.进一步的，步骤二中，加热温度为80～90℃，时间为30～40min。
40.进一步的，步骤三中，水热法的温度为190～210℃，时间为20～24h。
41.具体实施方式二
42.一种铋氧基异质结的制备方法，包括如下步骤：
43.步骤一、配制浓度为0.035～0.040g/ml的pvp溶液20-30ml，并向溶液中加入0.41～0.46g bi(no3)3·
5h2o、0.01～0.03g cu(ch3coo)2·
h2o和8～10g混合盐，得到混合溶液a；其中，混合盐包括lino3和kno3，质量比为1:2；
44.步骤二、配制浓度为0.04～0.06g/ml的naoh溶液20-30ml，并向溶液中加入0.039～0.040g se粉和0.15～0.20g无水na2so3，80～90℃加热后得到混合溶液b；
45.步骤三、将混合溶液a和混合溶液b混合在一起作为前驱体溶液，通过水热法制备，之后进行离心、清洗、干燥后得到bi2o2se/bicuose异质结；
46.进一步的，步骤二中加热温度为80～90℃，时间为30～40min。
47.进一步的，步骤三中，水热法的温度为190～210℃，时间为20～24h。
48.具体实施方式三
49.一种铋氧基异质结宽波段光电探测器，利用一步水热法原位合成bi2o2se/bicuose异质结，将该材料涂覆于fto导电玻璃表面作为工作电极，然后将其与对电极以及聚硫电解质进行热压连接而成。具体制备方法包括以下步骤：
50.步骤1、将具体实施方式一或具体实施方式二制备得到的bi2o2se/bicuose异质结分散于无水乙醇中，然后涂覆在fto导电玻璃表面，烘干，得到工作电极；
51.步骤2、将对电极与步骤1中得到的工作电极通过热封膜连接，而后注入电解质，得到铋氧基异质结宽波段光电探测器。
52.进一步的，步骤1中所述bi2o2se/bicuose异质结的质量与无水乙醇的体积的比为0.01g:(1～2)ml。
53.进一步限定，步骤1中烘干温度为60～80℃。
54.进一步限定，步骤1中热封膜的热封温度为140～160℃。
55.进一步限定，步骤1中所述对电极为铂电极(fto导电表面涂覆铂而成)，电解质为聚硫电解质。
56.实施例1：
57.本实施例提供了一种铋氧基异质结宽波段光电探测器，所述宽波段光电探测器首先通过一步水热法原位合成bi2o2se/bicuose异质结；然后将其涂覆于fto导电玻璃表面作为工作电极；最后将工作电极和对电极热压连接，向内部空腔中注入电解质。具体实施步骤
如下：
58.步骤一：称量0.75g pvp(k30)，将其加入到20ml去离子水中，并磁力搅拌15min，得到pvp溶液，将0.4365g bi(no3)3·
5h2o、0.02g cu(ch3coo)2·
h2o、3g lino3和6g kno3加入到pvp溶液中，继续磁力搅拌15min，得到混合溶液a。
59.步骤二：将0.0395g se粉、1g naoh和0.15g无水na2so3加入到20ml去离子水中，在90℃条件下加热30min，得到混合溶液b。
60.步骤三：将步骤二与步骤三得到的两种混合溶液混合在一起磁力搅拌30min，得到前驱体溶液，将得到的前驱体溶液加入到带有100ml聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在200℃反应24h，反应完成后用去离子水和无水乙醇交替离心洗涤三次，干燥后收集，得到bi2o2se/bicuose异质结。
61.步骤四：将0.01g bi2o2se/bicuose异质结分散于1ml无水乙醇中，并超声处理20min，得到悬浊液，并将其涂覆在尺寸为2cm
×
1.5cm的fto导电玻璃表面，60℃下烘干得到工作电极。
62.步骤五：将工作电极和铂电极在150℃的条件下通过热封膜连接，内部形成空腔，在空腔内注入聚硫电解质，得到bi2o2se/bicuose异质结宽波段光电探测器。
63.图1为bi2o2se/bicuose异质结的xrd图谱，位于23.97
°
、29.24
°
、31.83
°
、32.57
°
、44.30
°
、46.71
°
、53.18
°
、56.22
°
57.62
°
、66.48
°
和68.15
°
处的衍射峰分别对应bi2o2se标准卡片(pdf#73-1316)的(101)、(004)、(103)、(110)、(114)、(200)、(211)、(116)、(213)、(206)和(220)晶面；另有一位于30.44
°
处的衍射峰对应bicuose(pdf#82-1073)的(102)晶面。该结果说明产物中存在bi2o2se和bicuose两种相。
64.图2为bi2o2se/bicuose异质结的sem图像，产物的微观形貌呈四方片状结构，与bi2o2se和bicuose的晶体结构为四方晶系这一事实相符，而且其分散性和均匀性较好。
65.图3为bi2o2se/bicuose异质结的tem图像，由图3a-b可知，bi2o2se/bicuose异质结为四方片状结构，与sem图像相同，其横向尺寸较小，大部分在200nm左右。较大的比表面积可以吸收更多的光子，从而产生更大的响应度。图3c-e为产物的高分辨图像，其中间距为的晶格条纹对应bi2o2se的(103)晶面，间距为的晶格条纹对应bicuose的(102)晶面，分别对应xrd图片中的最强衍射峰。这一结果表明bi2o2se与bicuose之间紧密接触，可以为电子和空穴的转移提供一个路径。如图3e所示，产物中存在bi、cu、o、se四种元素且均匀分布，证明bi2o2se/bicuose异质结的成功合成。
66.图4为bi2o2se/bicuose异质结的吸收光谱，从紫外光到近红外光都有一定程度的吸收，这与bi2o2se和bicuose的窄带隙特性相关。前者的理论带隙为～0.8ev，而后者为～0.75ev，其截止波长在1550nm左右。
67.图5为bi2o2se/bicuose异质结宽波段光电探测器的光电流响应。如图5a所示，该宽波段光电探测器由工作电极、铂电极、电解液三部分构成。当接受光照时，工作电极上被激发产生电子通过外部回路流向铂电极，内部由电解液中的氧化还原对导通。从图5b-c可以看出，bi2o2se/bicuose异质结宽波段光电探测器在紫外、可见、近红外都有较大的光电流响应，其值分别为91.97、76.53、62.86μa/cm2。与bi2o2se相比，该器件具有更大的响应度。
68.图6为bi2o2se/bicuose异质结宽波段光电探测器的电化学阻抗谱。器件的电化学阻抗的半径大小与其内部电子空穴对的分离效率相关，半径越小，电子空穴对的分离效率
越高。由此可见，bi2o2se/bicuose异质结具有更小的电化学阻抗，这可能是异质结内部内建电场的存在电子和空穴向不同材料转移，其内部载流子比bi2o2se分离更快所致，同时也可以带来更大的光电流响应。
69.图7为bi2o2se/bicuose异质结宽波段光电探测器的响应时间，通常光电流从初始值上升到最大值的63％定义为上升时间，光电流从最大值衰减到该值的37％为衰减时间。由图可知，bi2o2se/bicuose异质结的上升时间和下降时间分别为5ms和4ms，表明该器件响应迅速。
70.图8为bi2o2se/bicuose异质结宽波段光电探测器的响应度，在紫外、可见、近红外各波段该器件都有较大的响应度，其值在6～10ma/w的量级，可以实现不同环境下的探测要求。