[發(fā)明專利]基于空穴傳輸層界面優(yōu)化的鈣鈦礦光電探測(cè)器及制備方法

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• 申請(qǐng)日: 2019-12-30
• 公開（公告）號(hào): CN111162175A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于軍勝;黃鈺;張大勇;趙世雄
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L51/42
• 分類號(hào): H01L51/42;H01L51/44;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 成都弘毅天承知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51230
• 代理人: 彭思思

本發(fā)明公開了基于空穴傳輸層界面優(yōu)化的鈣鈦礦光電探測(cè)器及制備方法，該光電探測(cè)器采用正型結(jié)構(gòu)，由襯底、透明導(dǎo)電ITO陽(yáng)極、空穴傳輸層、超薄修飾層、鈣鈦礦光活性層、電子傳輸層、陰極緩沖層、金屬陰極從下到上依次組成，所述超薄修飾層為PFN?Br甲醇溶液經(jīng)旋涂制得，溶液濃度為2mg/ml；本發(fā)明通過在空穴傳輸層和鈣鈦礦光活性層之間引入兩親性聚合物超薄修飾層，使空穴傳輸層與鈣鈦礦光活性層之間的連接更緊密，有利于載流子在界面間的傳輸；同時(shí)通過超薄修飾層調(diào)節(jié)空穴傳輸層表面的親疏水性，改善鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶質(zhì)量，減少鈣鈦礦光活性層缺陷，提高器件光探測(cè)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鈣鈦礦光伏器件或鈣鈦礦光電探測(cè)器領(lǐng)域，具體涉及一種基于空穴傳輸層界面優(yōu)化的鈣鈦礦光電探測(cè)器。

背景技術(shù)

光作為一種媒介，既能傳遞能量，也能傳輸信息；在如今這個(gè)高速信息時(shí)代，光的信息傳遞作用越來越重要；光電探測(cè)器是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置，以便于信息的加工、分析和存儲(chǔ)，是光電系統(tǒng)中的核心部件，在圖像傳感、光通信、環(huán)境監(jiān)測(cè)和化學(xué)、生物檢測(cè)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用；起到光轉(zhuǎn)換作用的光活性層材料對(duì)光電探測(cè)器性能有決定性的作用，鈣鈦礦材料是光伏領(lǐng)域的革新性材料，具有高載流子遷移率，長(zhǎng)激子擴(kuò)散長(zhǎng)度，低束縛能和成本低、可溶液法制備等特點(diǎn)；良好的光電特性和相對(duì)簡(jiǎn)單的制備方法使鈣鈦礦材料成為制備高性能、低成本光電探測(cè)器的理想材料。

鈣鈦礦活性層的結(jié)晶質(zhì)量、薄膜形貌對(duì)探測(cè)器性能至關(guān)重要；常用的載流子傳輸層多為疏水性的有機(jī)材料，而鈣鈦礦為親水性材料；因此通過溶液法在疏水的載流子傳輸層上制備鈣鈦礦活性層時(shí)，由于極性差異，鈣鈦礦結(jié)晶質(zhì)量差，薄膜出現(xiàn)較多孔洞和缺陷，在一些載流子傳輸層材料表面甚至難以成膜，這嚴(yán)重影響鈣鈦礦光電探測(cè)器的性能；并且得到的鈣鈦礦活性層與載流子傳輸層之間并沒有形成緊密的接觸，這會(huì)阻礙載流子在該界面處的傳輸，不利于載流子的提取與收集；在載流子傳輸層與鈣鈦礦活性層之間引入超薄修飾層是一種解決上述問題的有效方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：提供一種基于空穴傳輸層界面優(yōu)化的鈣鈦礦光電探測(cè)器及制備方法，通過在空穴傳輸層和鈣鈦礦光活性層之間引入兩親性聚合物超薄修飾層，使空穴傳輸層與鈣鈦礦光活性層之間的連接更緊密，有利于載流子在界面間的傳輸；同時(shí)通過超薄修飾層調(diào)節(jié)空穴傳輸層表面的親疏水性，改善鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶質(zhì)量，減少鈣鈦礦光活性層缺陷，提高器件光探測(cè)性能。

發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：基于空穴傳輸層界面優(yōu)化的鈣鈦礦光電探測(cè)器，該光電探測(cè)器采用正型結(jié)構(gòu)，由襯底、透明導(dǎo)電ITO陽(yáng)極、空穴傳輸層、超薄修飾層、鈣鈦礦光活性層、電子傳輸層、陰極緩沖層、金屬陰極從下到上依次組成，所述超薄修飾層為PFN-Br甲醇溶液經(jīng)旋涂制得。

本發(fā)明的工作原理為：本發(fā)明通過在空穴傳輸層和鈣鈦礦光活性層之間制備一層超薄的兩親性聚合物PFN-Br作為超薄修飾層，PFN-Br同時(shí)具備疏水性主鏈和親水性官能團(tuán)，能與空穴傳輸層和鈣鈦礦光活性層緊密結(jié)合，從而改善鈦礦光活性層的成膜質(zhì)量和電子傳輸層與鈣鈦礦光活性層之間的接觸，提高了器件的光探測(cè)性能。

進(jìn)一步地，所述空穴傳輸層為TAPC，厚度范圍為20～40nm。

進(jìn)一步地，所述超薄修飾層，PFN-Br甲醇溶液濃度為2mg/ml厚度范圍為5～10nm。

進(jìn)一步地，所述鈣鈦礦光活性層為鈣鈦礦前驅(qū)體溶液經(jīng)旋涂制得，所述鈣鈦礦前驅(qū)體溶液由744mg PbI₂和254mg CH₃NH₃I溶于1mL DMF中制得的CH₃NH₃PbI₃溶液；所述鈣鈦礦光活性層，厚度范圍為250～400nm。

進(jìn)一步地，所述電子傳輸層為PC₆₁BM，厚度范圍為5～20nm。

進(jìn)一步地，所述陰極緩沖層為Bphen，厚度范圍為1～2nm。