本发明属于光电探测，具体涉及一种自组装线偏振光电探测器及其制备方法。
背景技术：
1、偏振是光的一种独特特性，表示振动方向和传播方向的不平衡。这一特性使偏振能够传递和区分光信息，从而促进偏振光检测、偏振成像和安全通信等应用。根据光学振动状态，光可以分为椭圆偏振光、圆偏振光、线偏振光、部分偏振光和自然光。其中，线偏振光作为光波矢量特性的体现，携带着丰富的物理信息，在目标识别、应力检测、生物组织成像、液晶显示对比度增强等方面具有独特优势。因此，能够区分不同偏振方向光信号的线偏振光电探测器成为光电子技术研究与发展的重要方向。偏振敏感光电探测器因其能够区分目标信号强度和背景信号强度，并精确检测目标的偏振信息，而引起产业界的高度关注。现有的线偏振光电探测器主要依赖外部偏振光学元件(如偏振片、光栅、液晶偏振器等)与常规光电探测器组合实现对偏振态的区分。该类器件结构复杂、体积较大，易受环境干扰，且集成度较低，难以满足片上集成和微型化发展的需求。为克服这些问题，近年来研究者尝试在光电探测器本体中引入各向异性光响应结构，通过材料选择、器件构型或纳米结构设计，实现无外部元件辅助的本征偏振选择响应。
2、卤化物钙钛矿因其制备成本低、发光效率高、吸收系数高、载流子迁移率高、扩散长度长、载流子寿命长、带隙可调等优点，已成为半导体领域一种极具潜力的材料，在太阳高能电池、光电探测器和发光二极管等领域表现出优异的性能。其中，二维卤素钙钛矿材料因其优异的光电性质、低维结构下的各向异性特性和极佳的环境稳定性，在偏振光探测领域展现出广阔应用前景。其天然层状结构可在不同晶面及层间排列方式下呈现各向异性光学响应，可在特定偏振方向上展现增强的光吸收或载流子迁移能力，进而表现出偏振选择性，具备偏振选择性吸收的天然优势。
3、然而，当前该类材料制备过程中普遍存在结构均匀性差、结晶性控制难、偏振选择响应比低等问题，限制了其在高性能偏振探测器件中的实际应用。此外，现有研究多借助外加模板或后处理手段来构筑偏振选择性结构，缺乏伴随薄膜结晶过程的原位自调控机制，限制了二维钙钛矿在集成偏振光电器件中的实用化，并且这些方法往往工艺复杂、成本较高，且难以在大面积上实现自发有序结构的可控生长，导致器件一致性与重复性较差。
4、针对这样的困境，亟需开发一种兼具优异偏振选择性响应能力、结构简化、易制备的偏振光电探测新方法和新结构，以满足多场景下对线偏振光探测器件性能的实际需求。
技术实现思路
1、为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中实现无需依赖复杂外部偏振元件，对线偏振光进行高效检测的应用技术发展空白的问题。
2、为解决上述技术问题，本发明提供了具有自组装底部光栅结构的线偏振光电探测器及其制备方法。通过控制薄膜生长中晶体生长速率和成核速率之间的关系，利用二维钙钛矿和底部传输层之间的热膨胀系数差异关系，通过延缓应力释放，在缓慢结晶的过程中，由于周期性振荡形成底部光栅结构实现对于线偏振光的光吸收差异。基于此，利用nh4cl进一步调节薄膜的晶体生长，从而影响生长动力学提升薄膜结晶质量，实现对于器件各向异性的提升。通过结合底部周期性光栅结构对于偏振光吸收差异和薄膜各向异性的提升实现线偏振光检测性能的提高。
3、本发明提供一种自组装线偏振光电探测器，包括依次设置的导电基底、空穴传输层、二维钙钛矿活性层、电子传输层和电极层；
4、所述二维钙钛矿活性层为由钙钛矿前驱体溶液制备得到的薄膜；
5、所述钙钛矿前驱体溶液中，溶质包括碘化铅(pbi4)、3-吡啶甲胺氢碘酸盐(3-pyai)和添加剂；所述添加剂选自氯化铵；
6、所述薄膜靠近空穴传输层的一侧表面自组装形成具有周期性条纹的光栅结构。
7、所述二维钙钛矿材料与空穴传输层两者之间的热膨胀系数差值控制在1×10-6-20×10-6k的范围内。
8、优选的，所述钙钛矿前驱体溶液中，碘化铅和3-吡啶甲胺氢碘酸盐的摩尔比为1：2。
9、进一步地，所述的二维钙钛矿的化学式为：(3-pya)2pbi4。
10、优选的，所述钙钛矿前驱体溶液中，钙钛矿的浓度为0.25-1mol/l，添加剂的浓度为5-50mg/ml。
11、优选的，所述钙钛矿前驱体溶液中，溶剂为n,n-二甲基甲酰胺(dmf)或二甲基亚砜(dmso)。
12、优选的，所述二维钙钛矿活性层的厚度为0.6-1.0μm。
13、优选的，所述导电基底为氟掺杂氧化锡导电玻璃(fto)和锡掺氧化铟导电玻璃(ito)中的一种或两种。
14、优选的，所述空穴传输层的材料为pedot:pss(聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸盐)、ptaa(聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺])和niox(镍氧化物)中的一种或多种。
15、进一步地，所述空穴传输层的材料为pedot:pss。
16、优选的，所述电子传输层的材料为富勒烯衍生物(pcbm)和c60中的一种或两种。
17、优选的，所述电极层的材料为银、镍、碳、金、铜、铋和铝中的一种或多种。
18、优选的，所述电极层的厚度为70-120nm。
19、本发明的一个实施例中，所述自组装底部光栅结构的线偏振光电探测器的响应波长为300-550nm，偏振比为18.4。
20、在本发明的一个实施例中，所述自组装底部光栅结构的线偏振光电探测器的器件结构为p-i-n结构，实现自驱动效果，降低使用能源消耗，缓解能源危机。
21、本发明还提供一种上述自组装线偏振光电探测器的制备方法，包括如下步骤：
22、s11：于导电基底表面旋涂空穴传输层材料，退火形成空穴传输层；
23、s12：将含有空穴传输层的导电基底于100-170℃下预热1-3min后，于空穴传输层的表面涂覆钙钛矿前驱体溶液，形成钙钛矿薄膜；所述钙钛矿前驱体溶液中，溶质包括碘化铅、3-吡啶甲胺氢碘酸盐和添加剂氯化铵；
24、s13：对所述钙钛矿薄膜于热台150-190℃退火处理5-10min，形成二维钙钛矿活性层；
25、s14：将电子传输层材料涂覆于二维钙钛矿活性层的表面，形成电子传输层；
26、s15：于所述电子传输层的表面蒸镀电极层，得到所述自组装线偏振光电探测器。
27、所述步骤s12中，通过预热旋涂空穴传输层的空穴传输层实现前驱体溶液可以迅速达到过饱和状态。
28、优选的，所述步骤s12中，涂覆的方式为5000rpm下旋涂20s。
29、具体的，所述自组装线偏振光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
30、(1)将透明导电基底在臭氧清洗机中做表面亲水处理5-20min。
31、(2)将空穴传输层材料胶体和超纯水按照1：1-10的比例混合搅拌得到空穴传输层前驱体溶液。
32、(3)在导电基底表面涂覆形成空穴传输层；
33、(4)将0.25-1m pbi2，0.5-2m 3-pyai，溶解于1-3ml的dmf或dmso溶剂中制备钙钛矿前驱体溶液，nh4cl的添加量为5-15mg/1ml；
34、(5)将所述涂覆有空穴传输层的基底在热台上预热2-5min然后转移到匀胶机上进行旋涂；
35、(6)将得到的钙钛矿前驱体溶液涂覆在包括空穴传输层的预热基底上，退火得到0.6-1μm厚的钙钛矿活性层；
36、(7)在所述自组装底部光栅结构的钙钛矿薄膜的表面依次形成电子传输层和电极层，得到所述自组装底部光栅结构的线偏振检测光电探测器。
37、本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：
38、(1)本发明所述的自组装周期性底部光栅钙钛矿薄膜通过添加nh4cl制备高质量线偏振钙钛矿薄膜，通过调节溶剂配比、旋涂速率与退火温度，控制光栅周期；引入nh4cl添加剂还能放大晶体面内各向异性，减少缺陷，达到具有有序取向的薄膜。
39、(2)本发明所述的自组装底部光栅结构的线偏振光电探测器利用热铸与退火结晶过程中界面应力的自发累积与释放，无需任何光刻、掩膜或纳米压印工艺，即可在钙钛矿薄膜底部原位构筑周期性光栅。本发明所述的自组装底部光栅结构的线偏振光电探测器具有制备程序比较简单，原材料充足、价格低等优点。有利于大规模生产，具有巨大的潜在应用价值。
40、(3)本发明所述的自组装底部光栅结构的线偏振光电探测器在无需外加偏振片的条件下，即可实现高达18.4的偏振比与2.1×1012jones的比探测率。