一种碳电极的自供电近红外光电探测器的制备方法

本发明涉及光电器件，尤其涉及以碳电极作为背电极的自供电近红外光电探测器的制备方法。

背景技术：

1、近年来，近红外光谱检测的需求正在持续增加，尤其是在光纤通信，光谱，成像，安全，遥感和计量以及食品检验，农业，制药和生物等多个领域。一方面，需求的增加要求降低近红外光电探测器的生产成本，另一方面，军事，自主驾驶，医疗卫生等新兴领域对近红外探测器的性能提出了更高的要求。基于iii-v复合半导体的传统商用光电探测器由于材料和相关技术的高成本而不能被广泛使用，例如基于ingaas和ingaasp的光电探测器。受iii–v半导体化合物基本特性的限制，晶格失配，高热预算和交叉污染等问题阻碍了iii–v器件在硅电子器件上的整体集成。

2、pbs胶体量子点易于溶液制备并且与柔性基板相容。此外，通过控制qd尺寸，氧化表面化学修饰或配体交换，可以很容易的调整他们的光电性能，并且在紫外线到近红外甚至中红外的宽波长范围内表现出优异的光电探测潜力，拥有从0.6到1.6 ev的宽范围带隙，在近红外检测领域引起了广泛的研究兴趣。

3、碳量子点(carbon quantum dots, cqds)，也称为碳点或碳纳米点，是一类具有显著荧光性能的零维碳纳米材料，它由超细的、分散的、准球形、尺寸低于10 nm的碳纳米颗粒组成 。碳量子点具有优秀的光学性质，良好的水溶性、低毒性、环境友好、原料来源广、成本低、生物相容性好等诸多优点。与此同时这类材料也具有光吸收与电子储存等特性。

4、垂直结构光电探测器需要优良的界面接触，高效的载流子迁移以及较低的界面电荷积累。通过碳量子点修饰电子传输层，可以有效的抑制氧化锌纳米颗粒薄膜的界面电荷积累，从而提升光电探测器的性能。

5、碳电极由于其高度可调的结构，低成本，丰富的来源以及诸如优异的导电性，低温工艺，化学稳定性和高载流子迁移率，固有的防水性等性质的的组合而引起了广泛关注。传统光电探测器多选用金属电极，通常通过热蒸发沉积，这导致高成本并限制了生产规模。顶部金属电极（au或ag）在压力环境下暴露时也容易降低器件性能。而改用碳电极可改善上述几点，降低器件生产的成本及限制。

技术实现思路

1、本发明主要提供了以碳电极作为背电极的自供电近红外光电探测器的制备方法。所述光电探测器在近红外波段具有优异的响应及探测。其结构为：ito玻璃/氧化锌纳米颗粒电子传输层/碳量子点修饰层/pbs胶体量子点吸光层/碳电极。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、所述方法包括：

4、（1)fto衬底处理：对所述ito衬底进行超声清洗和干燥，然后在处理后的所述fto衬底贴上高温胶带；

5、（2)溶液旋涂法制备氧化锌纳米颗粒电子传输层；

6、（3)溶液旋涂法制备碳量子点修饰层；

7、（4)溶液旋涂法制备pbs胶体量子点吸光层；

8、（5)刮涂法刮碳电极。

9、优选的，所述氧化锌纳米颗粒电子传输层为共沉淀法制备，所述氧化锌纳米颗粒电子传输层的厚度为20-40nm，所述氧化锌纳米颗粒浓度为6mg/ml。退火温度为200℃，退火时间为10min。

10、优选的，所述碳量子点是以甲苯、柠檬酸、尿素通过溶剂热法所制得，分散于甲苯中，所述的碳量子点层的厚度为5-30nm，所述碳量子点层的浓度为0 .01-1mg/ml，所述碳量子点的粒径为5-20nm。退火温度为200℃，退火时间为10min。

11、优选的，所述pbs胶体量子点由热注入法制得，所述硫化铅量子点层由硫化铅量子点旋涂形成，所述pbs胶体量子点吸光层的厚度为20-80 nm；所述硫化铅量子点浓度为10-30mg/ml，所述硫化铅量子点的配体为油酸，更优化的采用tbai作为硫化铅量子点的配体；所述硫化铅量子点的粒径为5-20 nm。退火温度为120℃，退火时间为30min。

技术特征：

1.本发明提供了以碳电极作为背电极的自供电近红外光电探测器的制备方法，其结构为：ito玻璃/氧化锌纳米颗粒电子传输层/碳量子点修饰层/pbs胶体量子点吸光层/碳电极。

2.根据权利要求1所述的光电探测器，所述氧化锌纳米颗粒电子传输层为共沉淀法制备，所述氧化锌纳米颗粒电子传输层的厚度为20-40nm，退火温度不高于200℃；，所述的碳量子点的粒径为5-20nm，碳量子点层的厚度为5-30nm，退火温度不高于200℃；所述硫化铅量子点的粒径为5-20 nm，pbs胶体量子点吸光层的厚度为20-80 nm退火温度不高于120℃；所述碳电极是刮涂法制备，所述碳电极退火温度为70℃，退火时间为5min。

技术总结
本发明提供了一种以碳电极作为背电极的自供电近红外光电探测器，将配体为TBAI的硫化铅量子点和氧化锌纳米颗粒薄膜电子传输层结合起来，利用氧化锌薄膜高的电子迁移率和简单的溶液薄膜制备，结合硫化铅量子点近红外光灵敏的响应特性，并进一步通过将碳量子点修饰氧化锌电子传输层，有效的抑制电子传输层的界面电荷积累，从而提升光电探测器的性能。所制备的光电探测器在零偏压下，895 nm处的比检测率>10<supgt;13</supgt;Jones，响应度为25A/W，开关比为10<supgt;3</supgt;。且本发明采用低成本的碳电极作为背电极，极大的降低了器件生产的成本及规模化生产的限制，制备得到了具有高响应率的近红外探测器，可广泛应用于光电探测和成像等领域。

技术研发人员：李金华,刘泠邑,王贤保
受保护的技术使用者：湖北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8