[發明專利]一種具有能帶梯度的鈣鈦礦可見光探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 201810182220.9
• 申請日: 2018-03-06
• 公開（公告）號: CN108376741B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 黃江;向思衡;何磊;王子君
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司 51230
• 代理人: 李龍

本發明公開了一種具有能帶梯度的鈣鈦礦可見光探測器及其制備方法，鈣鈦礦可見光探測器自下而上依次包括光反射層、玻璃基板、透明導電電極層、空穴傳輸層、鈣鈦礦敏感層、電子傳輸層、空穴阻擋層以及金屬電極層。所述鈣鈦礦敏感層包括并排設置的不同能帶寬度的鈣鈦礦多晶膜。通過制備具有能帶梯度的鈣鈦礦敏感層，有效降低了可見光探測器的暗電流、提高了器件的響應度，提高了可見光探測器的探測率。基于其制備的鈣鈦礦可見光探測器具有較低的成本，制備方法簡單高效，能夠進行規模化生產。

技術領域

本發明屬于可見光探測領域，尤其涉及一種具有能帶梯度的鈣鈦礦可見光探測器及其制備方法。

背景技術

光探測器是一種通過光電效應來檢測和測量光性質的裝置，通常表現為光電流。探測器的光電轉換特性廣泛地應用在各個方面，包括圖像傳感，光通信，環境監測和化學/生物檢測等。目前光探測器主要由無機半導體制備而成，基于GaN，Si和InGaAs半導體材料制備的光探測器，對應于三種重要的探測波段：紫外光(0.25-0.4mm)，可見光(0.45-0.8mm)和近紅外(0.9-1.7mm)。盡管光探測器制造工藝和技術已經變得成熟和可靠，但是其復雜的制備工藝、機械不靈活性和高驅動電壓限制了其廣泛的應用和新技術的發展，而在過去幾年中，可溶液加工的光電子材料的出現，如有機材料，納米材料和納米復合材料，以其簡單，低成本，靈活，可大面積制備的特點，在光探測器應用方面有著巨大的前景。且結合了高電荷載流子遷移率，高光吸收系數和可溶液制備特點的有機-無機鹵化物鈣鈦礦材料，目前已成為世界各課題組主要研究的內容之一。

目前鈣鈦礦可見光探測器的發展瓶頸除了穩定性差、壽命短外，其暗電流較高、響應度較低也是另一個亟待解決的問題。其中暗電流和響應度主要是由鈣鈦礦材料的選取和功能層之間的界面所決定的，常規的鈣鈦礦材料難以既保證較低的暗電流又具有較高的響應度，充分利用常規的鈣鈦礦材料制備而成的器件可以一定程度上解決上述問題，但因為其成本較高、制備復雜，限制了鈣鈦礦可見光探測器的發展。對于鈣鈦礦可見光探測器來說，難以像無機可見光探測器那樣采用全蒸鍍的方法來制備，濕法制備的級聯鈣鈦礦可見光探測器在每層功能層界面處存在大量缺陷，并且可能出現晶格失配的現象，從而導致器件整體的性能達不到預期。

發明內容

本發明的目的在于：為解決鈣鈦礦可見光探測器的暗流量高、響應度低的問題，提供了一種具有能帶梯度的鈣鈦礦可見光探測器及其制備方法。

本發明采用的技術方案如下：

一種具有能帶梯度的鈣鈦礦可見光探測器，包括自下而上依次設置的玻璃基板、透明導電電極層、空穴傳輸層、鈣鈦礦敏感層、電子傳輸層、空穴阻擋層和金屬電極層，所述鈣鈦礦敏感層包括并排設置的不同能帶寬度的鈣鈦礦多晶膜。

進一步地，所述鈣鈦礦敏感層的厚度為100-500nm，所述鈣鈦礦敏感層的能帶差為0.1-0.8eV。

進一步地，所述玻璃基板背面設置有光反射層，且光反射層為包括金、銀、鋁中的任一種。

進一步地，所述空穴傳輸層為包括PEDOT:PSS、CuSCN、CuI、NiO_x中的任一種。

進一步地，所述電子傳輸層為包括富勒烯衍生物PCBM、TiO₂或ZnO中的任一種。

進一步地，所述空穴阻擋層為包括C60，ZnO，BCP，Al2O3中的任一種。

進一步地，所述金屬電極層為包括金、銀、鋁電極、銀納米線中的任一種。

一種具有能帶梯度的鈣鈦礦可見光探測器的制備方法，包括以下步驟：

S1：在鍍有透明導電電極層的玻璃基板背面蒸鍍一層光反射層；

S2：在透明導電電極層上旋涂一層空穴傳輸層PEDOT:PSS，退火備用；