[發明專利]一種倍增型鈣鈦礦-有機復合光電探測器及其制備方法

在審

• 申請號: 202011523820.0
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112670413A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 楊德志;陳如剛;馬東閣
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡克永

本發明公開了一種倍增型鈣鈦礦?有機復合光電探測器及其制備方法；器件結構依次包括透明基底、陽極、空穴傳輸層、鈣鈦礦層、間隔層、電子傳輸層、電子俘獲層、空穴傳輸測和金屬陰極；所述鈣鈦礦層為旋涂?浸泡?動態旋涂方法制備的鈣鈦礦薄膜，所述間隔層為TAPC和C₆₀或C₇₀的共混層，所述電子俘獲層為MoO₃和C₆₀或C₇₀的共混層。本發明在鈣鈦礦層上蒸鍍電子俘獲層，在利用電子俘獲誘導空穴隧穿注入機理獲得光電倍增效果的同時，減少了對鈣鈦礦薄膜的損壞，同時本發明無需在手套箱中制備，擴展了鈣鈦礦材料在光電探測器方向的應用。

技術領域

本發明涉及光電器件領域，尤其涉及一種倍增型鈣鈦礦-有機復合光電探測器及其制備方法。

背景技術

光電探測器是一類將光信號轉化為電信號的器件，在光信息技術領域具有重要的作用，廣泛應用于消費電子、工業控制、環境監測、光通信、軍事和醫療等各個領域。常見的有機光電探測器的工作原理主要為光二極管型，即材料吸收太陽光形成激子，激子在給體、受體界面處分離成電子和空穴，并分別擴散至器件兩端并被兩端電極收集產生電流。光電二極管型結構光電探測器外量子效率小于100％，在弱光下產生的電流較小，檢測不夠靈敏。因此，人們利用光電倍增效應制備了量子效率大于100％的具有高靈敏度的倍增型器件。

傳統的無機光電探測器制備工藝復雜，往往要求在很高潔凈度的超凈間中生產，還需要昂貴的光刻機和外延設備；生產工藝需要高溫處理，十分耗能；器件不易彎折，無法適應當下電子器件柔性化的發展趨勢。近年來，鈣鈦礦材料作為一種新型的光電材料受到了人們的關注，它主要由有機或無機陽離子、重金屬陽離子和鹵素陰離子組成，具有吸收系數高、激子束縛能低、直接帶隙且帶隙可通過化學組分和工藝進行調節等優點。以鈣鈦礦材料制備的太陽能電池，其轉換效率已超過25％，展現出非常優異的光電性能。鈣鈦礦光電探測器件與有機光電探測器件類似，可以利用陷阱輔助電荷隧穿注入的方式實現光電倍增的效果。現有的倍增型鈣鈦礦光電探測器主要通過人為使晶體內部和表面的鈣鈦礦分解形成Pb²⁺，或是在鈣鈦礦溶液中摻入量子點的方式制造缺陷。這些方法雖然能產生光電倍增，但導致了鈣鈦礦薄膜質量變差，探測率等其他光電性能大幅下降，因此需要一種既可以實現光電倍增，又不會破壞鈣鈦礦晶體結構，也不降低薄膜質量的高性能器件。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種倍增型鈣鈦礦-有機復合光電探測器及其制備方法。本發明工藝所制備的器件具有較高的外量子效率。同時本發明制備工藝比較簡單，成本較低，有利于應用和推廣。

本發明通過下述技術方案實現：

一種倍增型鈣鈦礦-有機復合光電探測器，器件結構從下到上包括襯底、陽極、空穴傳輸層、鈣鈦礦層、間隔層、電子傳輸層、電子俘獲層、空穴阻擋層和金屬陰極，所述鈣鈦礦層的材料為-有機-無機雜化鈣鈦礦，所述間隔層材料為4,4'-環己基二[N,N-二(4-甲基苯基)苯胺](TAPC)與富勒烯的體異質結。所述電子傳輸層的材料為富勒烯，所述電子俘獲層的材料為MoO₃與富勒烯的體異質結。富勒烯包括C₆₀、C₇₀、PCBM等；

進一步地，所述襯底可以是硬質的玻璃襯底，也可以是塑料柔性襯底。

進一步地，所述陽極為氧化銦錫(ITO)、氟化銦錫(FTO)、導電聚合物或高功函數金屬等。

進一步地，所述空穴傳輸層材料為PEDOT:PSS、聚[雙(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)等，空穴傳輸層厚度為20～60nm。PEDOT:PSS為PEDOT和PSS的混合物溶液，其中PEDOT是3,4-乙烯二氧噻吩聚合物，PSS是聚苯乙烯磺酸鹽。

進一步地，所述電子傳輸層厚度為5～70nm。

進一步地，所述電子俘獲層厚度為5～20nm。