一种钙钛矿异质结自驱动光电探测器及其制备方法

本发明属于光电探测器及其制法，具体为一种钙钛矿异质结自驱动光电探测器及其制备方法。

背景技术：

1、三卤钙钛矿材料，以其优异的光电性质成为了光电器件构筑和研究的热点。三卤钙钛矿材料具有吸收系数高、激子结合能低、迁移率高、载流子扩散长度长和缺陷密度低等优点，因而是构筑光电子器件的理想材料，在太阳能电、发光二极管(led)、激光和光电探测等领域都拥有很好的应用前景。光电探测器是将光信号转化为电信号的半导体器件，近年来，随着科技水平的不断进步，高性能光电探测器在光通讯、太空探索、军事国防等领域被广泛地应用。随着对钙钛矿材料研究的深入，基于钙钛矿材料的光电子器件性能不断取得突破，例如基于有机无机杂化钙钛矿的太阳能电池器件的能量转换效率(pce)突破了25％，基于全无机钙钛矿的led器件外量子效率(eqe)也已经突破了20％。

2、虽然有机无机杂化钙钛矿具有优异的性能，在光电电子器件领域取得了巨大的突破，然而其面临化学稳定性和热力学稳定性差的问题，在高温、氧气、潮湿环境以及持续光照下都容易发生分解，这严重妨碍了它们的实际应用。

3、基于此，科研人员采取多种措施以提高钙钛矿材料的稳定性，例如替换钙钛矿中的有机阳离子。全无机钙钛矿cspbbr3不仅拥有优异的光学和电学性质，同时其稳定性明显强于有机无机杂化钙钛矿，是有机无机杂化钙钛矿的理想替代者。到目前为止，基于cspbbr3单晶的金属-半导体-金属(msm)光电探测器已经被开发出来，具有预期的稳定性，但是，msm光电探测器表现出较窄的响应带宽，这阻碍了其在光成像和宽带光谱分析方面的应用。

技术实现思路

1、发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明目的是提供一种响应度好、探测率高的钙钛矿异质结自驱动光电探测器，本发明的另一目的是提供一种光电性能好、简单方便的钙钛矿异质结自驱动光电探测器的制备方法。

2、技术方案：本发明所述的一种钙钛矿异质结自驱动光电探测器，包括绝缘衬底，绝缘衬底的表面设置p-ingan薄膜，p-ingan薄膜远离的绝缘衬底的一侧间隔设置金属电极、cspbbr3微米带，cspbbr3微米带远离p-ingan薄膜的一侧设置ito导电玻璃，金属电极远离p-ingan薄膜的一侧设置in颗粒电极，ito导电玻璃远离cspbbr3微米带的一侧设置in颗粒电极。

3、进一步地，金属电极为ni、au中的一种或多种，优选为包括50wt％ni和50wt％au。金属电极的厚度为40～60nm。

4、进一步地，绝缘衬底为石英衬底。

5、进一步地，p-ingan薄膜的厚度为600～665μm，空穴浓度为1017～1019个/cm3。

6、进一步地，cspbbr3微米带的长度为200μm～400μm，宽度为30μm～60μm。

7、上述钙钛矿异质结自驱动光电探测器的制备方法，包括以下步骤：

8、步骤一，取等摩尔的csbr2粉末和pbbr粉末溶于二甲基亚砜(dmso)中，升温搅拌，直到粉末完全溶解，形成cspbbr3溶液；

9、步骤二，过滤步骤一所得溶液，将其滴到洗净的玻璃衬底上，再盖上相同的玻璃衬底，置于室温下24～36小时后，掉上层玻璃衬底，得到cspbbr3微米带；

10、步骤三，在p-ingan薄膜上的一侧蒸镀金属，形成金属电极，并将其置于绝缘衬底上；

11、步骤四，将制备好的cspbbr3微米带放置于p-ingan薄膜上，确保cspbbr3微米带不与金属电极接触；

12、步骤五，将ito导电玻璃放置在cspbbr3微米带上且不与金属电极接触，并在ito导电玻璃和金属电极上方按压in颗粒电极。

13、进一步地，步骤一中，升温搅拌的温度为65～75℃，转速为550～650rpm，时间为5.5～6.5小时。溴化铅(pbbr)/溴化铯(csbr2)的摩尔比为1:1。

14、进一步地，步骤二中，过滤通过0.22μm的水系纤维素过滤器进行。玻璃衬底置入玻璃烧杯中，分别以三氯乙烯、丙酮、乙醇和超纯水清洗后用氮气枪吹干。

15、进一步地，步骤三中，蒸镀金属后进行退火处理，退火温度为500～550℃。金属电极占ingan衬底面积的1/5～1/4。

16、进一步地，步骤五中，ito导电玻璃先进行清洗，将ito导电玻璃置入三氯乙烯溶液中，使用超声清洗仪器清洗15～20min，然后使用同样方式依次使用丙酮、乙醇、去离子水对ito导电玻璃超声清洗15～20min，最后使用氮气枪吹去ito表面水分。

17、工作原理：在自驱动模式下，器件损耗层主要分布在cspbbr3/p-ingan异质界面。当辐照光子能量大于p-ingan的带隙能量时，光诱导产生非平衡电子和空穴。在内建电场驱动下，导带内产生的电子将向cspbbr3侧移动；此时，光生空穴也会在价带内向相反的方向移动，然后被接触的ni/au电极捕获，这样就实现了由光信号到电信号的转化。在光电探测器结构中，内置电场是有效分离光生载流子的重要影响因素。

18、有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：

19、1、通过构筑cspbbr3/p-ingan异质结结构，在不加外部电压情况下，实现了高性能的光电探测器，器件响应度、探测率高，表现出较宽的响应带宽，有利于在光成像和宽带光谱分析方面推广应用；

20、2、制备了具有优异结晶质量、良好电导特性和光学性质的cspbbr3微米线，而且该方法成本低廉、工艺简单，具有可重复性；

21、3、cspbbr3/p-ingan异质结自驱动光电探测器在0v时对300nm～530nm的光有响应，可以实现该波段下的自驱动光电探测，同时器件在0v时响应度最高可达88.14ma/w，比探测率可达2.29×1011jones。

技术特征：

1.一种钙钛矿异质结自驱动光电探测器，其特征在于：包括绝缘衬底(1)，所述绝缘衬底(1)的表面设置p-ingan薄膜(2)，所述p-ingan薄膜(2)远离的绝缘衬底(1)的一侧间隔设置金属电极(3)、cspbbr3微米带(4)，所述cspbbr3微米带(4)远离p-ingan薄膜(2)的一侧设置ito导电玻璃(5)，所述金属电极(3)远离p-ingan薄膜(2)的一侧设置in颗粒电极(6)，所述ito导电玻璃(5)远离cspbbr3微米带(4)的一侧设置in颗粒电极(6)。

2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿异质结自驱动光电探测器，其特征在于：所述金属电极(3)为ni、au中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种钙钛矿异质结自驱动光电探测器，其特征在于：所述金属电极(3)的厚度为40～60nm。

4.根据权利要求1所述的一种钙钛矿异质结自驱动光电探测器，其特征在于：所述绝缘衬底(1)为石英衬底。

5.根据权利要求1所述的一种钙钛矿异质结自驱动光电探测器，其特征在于：所述ingan薄膜(2)的厚度为600～665μm，空穴浓度为1017～1019个/cm3。

6.根据权利要求1所述的一种钙钛矿异质结自驱动光电探测器，其特征在于：所述cspbbr3微米带(4)的长度为200μm～400μm，宽度为30μm～60μm。

7.根据权利要求1～6任一所述的一种钙钛矿异质结自驱动光电探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种钙钛矿异质结自驱动光电探测器的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，升温搅拌的温度为65～75℃，转速为550～650rpm，时间为5.5～6.5小时。

9.根据权利要求7所述的一种钙钛矿异质结自驱动光电探测器的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，过滤通过0.22μm的水系纤维素过滤器进行。

10.根据权利要求7所述的一种钙钛矿异质结自驱动光电探测器的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，蒸镀金属后进行退火处理，退火温度为500～550℃。

技术总结
本发明公开了一种钙钛矿异质结自驱动光电探测器，包括绝缘衬底，绝缘衬底的表面设置InGaN薄膜，InGaN薄膜远离的绝缘衬底的一侧间隔设置金属电极、CsPbBr<subgt;3</subgt;微米带，CsPbBr<subgt;3</subgt;微米带远离InGaN薄膜的一侧设置ITO导电玻璃，金属电极远离InGaN薄膜的一侧设置In颗粒电极，ITO导电玻璃远离CsPbBr<subgt;3</subgt;微米带的一侧设置In颗粒电极。本发明还公开了一种钙钛矿异质结自驱动光电探测器的制备方法。本发明通过构筑CsPbBr<subgt;3</subgt;/InGaN异质结结构，在不加外部电压情况下，实现了高性能的光电探测器，器件响应度、探测率高，表现出较宽的响应带宽，有利于推广应用。

技术研发人员：阚彩侠,蔺承鑫,姜明明
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13