[發(fā)明專利]一種鈣鈦礦的寬波段柔性光探測器及其制備方法

在審

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• 申請日: 2017-04-28
• 公開（公告）號: CN107425123A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發(fā)明（設計）人: 趙奎;李劍波;沈穎麗;劉渝城;石峰;劉生忠
• 申請（專利權）人: 陜西師范大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 李宏德

技術領域

本發(fā)明涉及一種鈣鈦礦光探測器，具體為一種鈣鈦礦的寬波段柔性光探測器及其制備方法。

背景技術

光探測器被廣泛應用于圖像傳感、光纖傳輸、光譜和生物醫(yī)用等方面。目前在紫外、可見和紅外區(qū)域的光探測器分別采用SiC、Si和HgCdTe來制備。但這些光探測器具有嚴重的缺陷：不透明、無法柔性制備和質(zhì)量重。因此可卷曲和便攜式的新一代高效光探測器成為了重要的研究方向。有機鹵素鈣鈦礦具有吸收波段寬，光生載流子遷移距離長以及缺陷態(tài)密度較低的優(yōu)點，成為制備新一代高效光電器件的重要材料。基于有機鹵素鈣鈦礦薄膜、納米纖維以及單晶的光探測器基本結構包括鈣鈦礦材料和金屬電極。當鈣鈦礦在光照下產(chǎn)生光生載流子，在金屬電極上加電壓時，在電場作用下產(chǎn)生電流，如圖1。基于有機鹵素鈣鈦礦材料的光探測器在紫外區(qū)域和可見光區(qū)域都獲得優(yōu)異的性能。探測率高達10¹⁴；響應度高達3.47A/W；快速響應僅為0.3ms(3,4)。但是，有機鹵素鈣鈦礦在近紅外區(qū)域存在的光吸收缺陷，使得光探測器在近紅外波段缺乏有效的光響應。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提供一種鈣鈦礦的寬波段柔性光探測器及其制備方法，能夠大尺度制備，柔性可卷曲，容易實現(xiàn)大面積具有紫外-可見-近紅外的寬波段光響應性。

本發(fā)明是通過以下技術方案來實現(xiàn)：

一種鈣鈦礦的寬波段柔性光探測器，由柔性襯底，依次在柔性襯底上制備的鈣鈦礦薄膜和上轉換粒子層，以及直接設置在上轉換離子層上的金屬電極組成；上轉換粒子層的厚度為10～50納米。

一種鈣鈦礦的寬波段柔性光探測器的制備方法，包括如下步驟：

步驟1，在柔性襯底上采用真空沉積、溶液旋涂、印刷和噴涂中的任意一種方法制備鈣鈦礦晶體，形成鈣鈦礦薄膜；

步驟2，直接在鈣鈦礦薄膜上采用旋涂或者印刷制備厚度為10～50納米的上轉換粒子，形成上轉換粒子層，得到由鈣鈦礦薄膜和上轉換粒子層組成的鈣鈦礦/上轉換粒子復合物；

步驟3，對鈣鈦礦/上轉換粒子復合物上直接真空蒸鍍金屬電極，制成了能夠響應可見-近紅外光波段的鈣鈦礦的寬波段柔性光探測器。

優(yōu)選的，步驟1中，所述的柔性襯底為柔性PET薄膜。

優(yōu)選的，步驟1中，所述鈣鈦礦晶體采用有機鹵素鈣鈦礦。

優(yōu)選的，步驟1中，所述鈣鈦礦晶體采用MAPbI₃及其摻雜物、MASnI₃及其衍生物、FAPbI₃及其摻雜物、FASnI₃及其摻雜物、MAPbBr₃及其摻雜物、(BA)₂MA_n-1Pb_nI_3n+1及其衍生物、CH₃NH₃PbI_3-x(SCN)_X及其衍生物和(PEA)₂(MA)₂(Pb₃I₁₀)及其衍生物中的任意一種。

優(yōu)選的，步驟2中，所述上轉換粒子采用具有近紅外吸收特性的NaYF₄:Yb-Er粒子、NaYbF₄:Yb-Er粒子、NaLuF₄:Yb-Er粒子和NaGdF₄:Yb-Er粒子中的一種或多種。

優(yōu)選的，步驟2中，上轉換粒子直接覆蓋在鈣鈦礦薄膜上，其厚度為10～50納米。

優(yōu)選的，步驟3中，所述金屬電極為Ca、Ba、Li、Mg、Al、Au和Ag，以及這些金屬的合金，與這些金屬的鹽中的任意一種。

優(yōu)選的，步驟1中，鈣鈦礦薄膜的厚度為100納米到5微米。

優(yōu)選的，在90℃到100℃區(qū)間熱退火鈣鈦礦/上轉換粒子復合物5分鐘到1小時。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益的技術效果：