[發明專利]一種基于CsPbBr3全無機鈣鈦礦納米線的可見光光電探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 201710853010.3
• 申請日: 2017-09-20
• 公開（公告）號: CN107919409B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 王浩;曾俊鵬;周海;張軍
• 申請（專利權）人: 湖北大學
• 主分類號: H01L31/09
• 分類號: H01L31/09;H01L31/0352;H01L31/032;H01L31/18
• 代理公司: 武漢河山金堂專利事務所(普通合伙) 42212
• 代理人: 丁齊旭

本發明提出了一種基于CsPbBr₃全無機鈣鈦礦納米線的可見光光電探測器及其制備方法，器件的結構為透明玻璃/CsPbBr₃鈣鈦礦納米線薄膜/Au,其中通過無皂溶液法與離子交換法結合的兩步法合成的CsPbBr₃納米線薄膜為鈣鈦礦吸光層。此器件展示了大的開關比和很強的水氧穩定性，在平均溫度32oC，平均相對濕度75％的大氣環境下放置約200h，其光電流衰減幅度小于4.9％；器件在強度為2.2mW cm^?2紫外光的持續照射10000s后器件光暗電流沒有明顯的衰減；該探測器光電探測范圍為300?540nm的可見光。該器件制作工藝簡單，成本低，適合于大批量、大面積產業化生產。器件暗電流非常小，僅為100pA，有利于節約能源。本發明制作的探測器具有較高的響應度和探測靈敏度。

技術領域

本發明涉及半導體納米材料以及光電探測器技術領域，尤其是涉及將無皂溶液法與離子交換法結合起來制備全無機鈣鈦礦納米線薄膜。通過不同納米線生長時間和不同的退火溫度以制備高性能的可見光的光電探測器。

背景技術

近年來，鹵化物鈣鈦礦材料由于廣泛的波長可調諧、高的載流子擴散長度等優點，其在太陽能電池、發光二極管以及其他光電器件領域收到廣泛關注^[1,2]。對于探測器來說，有機-無機材料由于制備工藝簡單、能耗低的可見光探測等優點備受矚目。有機-無機雜化鈣鈦礦通過結合N型材料和P型材料，組成的PIN結構光電探測器，具有極高的探測度和響應速度，超過了現今市場上的主流硅基探測器^[3]；而通過在鈣鈦礦層上直接覆蓋金屬電極，制作成的平面結構光電探測器，則具有工藝簡單，結構輕薄，材料利用率高等優點。但有機無機雜化鈣鈦礦探測器的穩定性存在問題，因為有機陽離子MA⁺(FA⁺)在氧氣，濕熱和紫外(UV)光環境下易受環境退化的影響。

由于合適的帶隙和高量子效率，全無機鹵化鉛鈣鈦礦CsPbX₃(X＝I，Br， Cl)被認為是有機無機雜化鈣鈦礦的最適合的替代品^[4,5]。經過一段時間的發展，以全無機鈣鈦礦為基礎的光電探測器各項光電性能已經不亞于雜化鈣鈦礦探測器。就穩定性而言，Cs基鈣鈦礦探測器遠超MA⁺(FA⁺)基鈣鈦礦探測器。以最簡單的全無機鈣鈦礦納米晶薄膜探測器為例，其光電開關比可以達到10⁶，而響應時間僅為微秒級別^[6]。

納米線被認為是最簡單有效的納米結構之一，銫鉛溴全無機鈣鈦礦納米線由于其較長的光載體壽命以及快速的電荷轉移，很適合用作光電探測設備。之前有過很多關于銫鉛溴納米線的報道，這些報道中，大多利用傳統的一鍋法生產出超細納米線，但利用它們組裝成薄膜時還需要復雜的真空覆膜技術；也有些報道通過數次高速離心來提高納米線的純度，但可能破壞配體；甚至有的需要先合成納米晶再合成納米線，而在此過程中很容易產生額外的納米片。這些關于銫鉛溴納米線的報道顯示，無機銫鉛溴納米線的合成依賴著嚴苛的條件、復雜的工藝以及精密的儀器^[7]，且合成的納米線并不足以制作高性能光電探測器。

而此次我們將無皂溶液法與離子交換法相結合，制備出了具有鈣鈦礦相的高質量銫鉛溴(CsPbBr₃)納米線。并且在此基礎上成功地制作出了高性能的平面結構的光電探測器件，擁有優良的光電性能和很強的水氧、紫外穩定性。

參考文獻

[1]H.P.Zhou,H.S.Duan,Q.Chen,Z.Hong,G.Li,S.Luo,J.B.You,T.B.Song,Y.S.Liu,Y.Yang,Interface engineering of highly efficient perovskite solar cells,Science 2014,345,542.