[發明專利]Ti-TiO2

在審

• 申請號: 201911040140.0
• 申請日: 2019-10-29
• 公開（公告）號: CN110828668A
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 鄭靈霞;鄧曉雷;王永智;鄭華均
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;俞慧

本發明提供了一種Ti?TiO₂/P3HT異質結纖維的制備方法、Ti?TiO₂/P3HT異質結光電探測器及其制備方法，所述Ti?TiO₂/P3HT異質結纖維的制備方法為：(1)以金屬鈦微米線為陽極，通過陽極氧化在金屬鈦納米線表面得到垂直于基底表面的一維TiO₂納米管陣列結構，之后置于管式爐中煅燒得到銳鈦礦相的Ti?TiO₂納米管纖維；(2)將Ti?TiO₂納米管纖維置于溶劑瓶中，用翻口橡皮塞密封，抽真空2～13小時后，用注射器往瓶內注入5?20mg/ml的新鮮的P3HT的氯苯溶液，使溶液完全浸沒Ti?TiO₂纖維，浸漬1～14小時后迅速轉移至真空烘箱中，于100～200℃真空干燥15～60分鐘，自然冷卻制得Ti?TiO₂/P3HT異質結纖維。本發明還提供了利用該Ti?TiO₂/P3HT異質結纖維制備的具有優異寬光譜探測性能和良好柔韌性的Ti?TiO₂/P3HT異質結光電探測器及其制備方法。

(一)技術領域

本發明屬于半導體光電器件技術領域，具體涉及一種Ti-TiO₂/P3HT異質結纖維的制備方法、Ti-TiO₂/P3HT異質結光電探測器及其制備方法。

(二)背景技術

柔性器件的形態從“平面式”向“纖維狀”的結構改變是對傳統概念的一種重大突破。金屬Ti微米線襯底的使用不僅有效解決了柔性器件在制備過程中有機塑料基底不能耐高溫的關鍵問題；同時可利用成熟的陽極氧化工藝實現高度有序一維TiO₂(n型半導體寬禁帶材料，銳鈦礦帶隙3.2eV)納米管陣列結構的制備，其大的比表面積有利于光吸收的增強以提高電荷收集效率；有序的中空管道有利于光生載流子的快速分離和傳輸，提高光響應度，在日盲型紫外光探測器的應用上表現出了巨大的潛力(X.Xu,J.Chen,S.Cai,Z.Long,Y.Zhang,L.Su,S.He,C.Tang,P.Liu,H.Peng,and X.Fang,Adv.Mater.2018,30,1803165；W.Ouyang,F.Teng,and X.Fang,Adv.Funct.Mater.2018,28,1707178)。然而TiO₂半導體在空氣中對O₂的吸脫附過程以及較多的表面態和缺陷的存在直接導致了器件的響應速度很慢，且零偏壓下載流子的遷移效率受到限制，影響了器件的光響應度(L.Zheng,K.Hu,F.Teng,andX.Fang,Small 2017,13,1602448)，進而極大地限制了其可穿戴柔性纖維器件的應用。

異質結光伏型器件的構筑有望解決探測器光響應度和響應速度難以同時提升的矛盾，而如何有效構筑p-n結空間勢壘區無疑是一大關鍵，尤其是p-型材料的選擇(L.Su,W.Yang,J.Cai,H.Chen,and X.Fang,Small 2017,13,1701687；F.Teng,K.Hu,W.Ouyang,andX.Fang,Adv.Mater.2018,30,1706262)。P3HT是一種p-型導電半導體聚合物，既有金屬和半導體的光電性質，又兼具有機聚合物的力學性能(柔性)和可加工性，可以通過溶液印刷的方式實現大面積、低成本的制備，與制作工藝要求很高的硅器件及高質量的無機寬禁帶半導體器件相比極大地降低了成本。而P3HT較窄的帶隙寬度(1.9eV)使其成為寬光譜響應的優異材料，被廣泛運用于太陽能電池和光電探測器中(K.Zhang,Z.L.Wang,andY.Yang,ACSNano,2016,10,10331-10338；F.Guo,B.Yang,Y.Yuan,Z.Xiao,Q.Dong,Y.Bi andJ.Huang,Nature Nanotech.2012,7,798-802)。而其與無機半導體層的界面狀態直接關系到兩相間載流子分離和傳輸速率，因此Ti-TiO₂/P3HT的有效復合能充分實現異質結的光伏效應的最大化利用，從而提升自驅動器件的光探測性能。

(三)發明內容