[發明專利]一種高穩定、低暗電流全無機鈣鈦礦光電探測器及其制備方法

在審

• 申請號: 201910091054.6
• 申請日: 2019-01-30
• 公開（公告）號: CN109841703A
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 趙傳熙;麥文杰;岑國標
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/0216
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 雷月華

本發明公開了一種全無機鈣鈦礦光電探測器及其制備方法。所述倒置結構光電探測器包括透明導電正電極、超薄氧化鋁層、全無機鈣鈦礦光吸收層、電子傳輸層、金屬負電極。所述制備方法是采用ALD沉積超薄氧化鋁薄膜和氧化鈦薄膜，制得器件暗電流低、穩定性高，器件暴露空氣超過100天仍然表現出良好的光電性能。在鈣鈦礦與金屬電極界面引入超薄氧化鈦薄膜，實現界面能帶匹配，提高器件了響應速度和靈敏度。本發明制備方法適用于柔性探測器制作，為實現無機鈣鈦礦光電探測器及其柔性器件產業化，提供一種有效、可行、低成本的方案。

技術領域

本發明屬于新型全無機半導體光電探測制備技術領域，具體涉及一種高穩定、低暗電流全無機鈣鈦礦光電探測器及其制備方法。

背景技術

有機/無機雜化金屬鹵化物鈣鈦礦(通用化學式為ABX₃)具有載流子擴散距離長，載流子遷移率高、光吸收系數大、激子擴散距離長等優異的光電特性，在光電子應用領域有廣泛的應用；如太陽能電池、光電探測器、發光二極管、量子點顯示等領域。近年來，得益于鈣鈦礦電池合適的禁帶寬度、高吸收系數，有機/無機雜化鈣鈦礦材料被認為是構建高性能探測器最合適的光電材料。2014年加州大學Yang課題組率先報道了PCBM/CH₃NH₃I_3-xCl_x/PEDOT:PSS鈣鈦礦光電探測器，該性能明顯高于大部分有機光電探測器(NatureCommunications 2014,5,5404.)。然而，由于該材料中的有機陽離子缺陷對環境熱、濕度、紫外光等比較敏感(Advanced Energy Materials 2015,5(15),1500477.NatureCommunications 2018,9(1),4981.)，其不穩定性極大地限制了其在光電探測領域的實際應用范圍。

全無機金屬鹵化物CsPbX₃(X＝Cl，Br，I)具有載流子擴散距離長、高載流子遷移率以及高吸收系數等優異的光電性能，與雜化鈣鈦礦材料相比，無機鈣鈦礦被認為是具有更優的濕度穩定性(Nature Communications 2018,9(1),2225.)，同時易于溶液制備、工藝成本低，有望取代雜化鈣鈦礦材料拓展其在光電子領域范圍。近年來，有關銫鉛溴無機鈣鈦礦(CsPbBr₃)在光電探測領域的應用取得一定進展，如Li等用CNT/CsPbBr₃納米片/CNT組合，構建了光電導型光電探測器，在10V偏壓條件下，器件響應度為31.1A/W，線性動態范圍(LDR)為85dB(Li,X et al,ACS Nano,2017.11(2))。湖北大學王浩等人分別采用旋涂、水浴、兩步法、蒸鍍等方法，制備了ZnO/CsPbBr₃/MoO₃結構光電探測器(CN107275434A)，引入載流子傳輸層ZnO、MoO₃，器件雖然展示0.45A/W的響度和10¹³Jones的探測率。然而，器件的長時間穩定性并未給出，最重要的是器件暗態條件下漏電流大(10^-7A)，器件開關比很小。由于界面傳輸層比較厚，導致器件的響應速度慢(秒級)。綜上，盡管CsPbBr₃無機鈣鈦礦被報道用于探測器，但絕大部分光電器件的探測率仍較低、線性動態范圍較窄。一方面這是源于無機鈣鈦礦薄膜制備方法的局限性，無法獲得高結晶質量薄膜，且電荷傳輸層薄膜的厚度太厚且難以控制；另一方面是源于器件結構設計，導致界面缺陷態引入，光生電荷復合增加。上述原因導致大部分報道的器件的暗電流大，探測靈敏極限不足、響應度低。如何同時實現器件低暗電流、高響應度、快響應及高穩定性是亟待解決的熱點問題，具有重要的研究價值。

發明內容

為解決現有技術的缺點和不足之處，本發明的首要目的在于提供一種高穩定、低暗電流全無機鈣鈦礦光電探測器的制備方法。

本發明的另一目的在于提供上述方法制備得到的一種高穩定、低暗電流全無機鈣鈦礦光電探測器。

本發明目的通過以下技術方案實現：