[發(fā)明專利]一種基于Mg離子摻雜空穴傳輸層的鈣鈦礦光電探測(cè)器及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110590040.6
• 申請(qǐng)日: 2021-05-28
• 公開（公告）號(hào): CN113314673B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王玉坤;黃麗香;李國(guó)新;楊佳;張小小;邱鑫;彭宇苧;陸薛珠;馬立民;陳德華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣西大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L51/46
• 分類號(hào): H01L51/46;H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 盧波

本發(fā)明涉及光電探測(cè)器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于Mg離子摻雜空穴傳輸層的鈣鈦礦光電探測(cè)器及其制備方法。一種基于Mg離子摻雜空穴傳輸層的鈣鈦礦光電探測(cè)器，主要由依次設(shè)置的襯底、導(dǎo)電陽(yáng)極、空穴傳輸層、鈣鈦礦光活性層、電子傳輸層、修飾層和金屬陰極組成，所述空穴傳輸層材料的化學(xué)式為Ni_xMg_1–xO，其中0＜x＜1。本發(fā)明使用了溶液處理方式，向氧化鎳溶液中摻入Mg離子，Mg離子取代部分Ni離子形成Ni_xMg_1–xO晶格。該制備過(guò)程簡(jiǎn)單，極大降低器件成本。且摻雜后的器件提高了空穴傳輸層的載流子萃取能力及遷移率，同時(shí)降低了器件的暗電流，提高了可見(jiàn)光范圍內(nèi)的外量子效率、探測(cè)率及響應(yīng)度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電探測(cè)器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于Mg離子摻雜空穴傳輸層的鈣鈦礦光電探測(cè)器及其制備方法。

背景技術(shù)

光電探測(cè)器是一種能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光電器件，在視頻成像、空間光通信、化學(xué)/生物傳感、環(huán)境監(jiān)測(cè)、空間探索、安全、夜視和運(yùn)動(dòng)檢測(cè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前，商用光電探測(cè)器材料主要是無(wú)機(jī)半導(dǎo)體，包括Si、GaN、InGaAs和ZnO。由于其優(yōu)異的光學(xué)和電學(xué)特性，這些器件具有較寬的光譜響應(yīng)和高探測(cè)率。然而，器件的制造過(guò)程復(fù)雜且昂貴，需要用到金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積等。近年來(lái)，研究表明有機(jī)金屬三鹵化物鈣鈦礦材料擁有出色的光電性能，它可通過(guò)交換原子組成來(lái)調(diào)節(jié)帶隙、擁有較強(qiáng)的寬帶吸收、高載流子遷移率以及較長(zhǎng)的載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度等優(yōu)點(diǎn)，且由于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)、制作過(guò)程簡(jiǎn)單及近年來(lái)發(fā)展迅速，有望成為下一代太陽(yáng)能電池。其轉(zhuǎn)換效率取得了突破性的增長(zhǎng)，從最初的3.8％增長(zhǎng)到最新的25.5％。這些優(yōu)點(diǎn)還使得新興的鈣鈦礦材料有望取代探測(cè)器中使用的常規(guī)半導(dǎo)體材料。簡(jiǎn)而言之，有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦有望用于快速光檢測(cè)。而目前空穴傳輸層與鈣鈦礦層界面的接觸性、電荷累積，及其萃取和傳輸能力是影響鈣鈦礦探測(cè)器發(fā)展的一大難題，其器件的暗電流仍然較高，導(dǎo)致器件的整體探測(cè)效率較為低下。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種基于Mg離子摻雜空穴傳輸層的鈣鈦礦光電探測(cè)器，該器件采用簡(jiǎn)單的溶液處理Mg離子摻雜氧化鎳作為空穴傳輸層。

本發(fā)明的目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于Mg離子摻雜空穴傳輸層的鈣鈦礦光電探測(cè)器，主要由依次設(shè)置的襯底、導(dǎo)電陽(yáng)極、空穴傳輸層、鈣鈦礦光活性層、電子傳輸層、修飾層和金屬陰極組成，所述空穴傳輸層材料的化學(xué)式為Ni_xMg_1–xO，其中0＜x＜1。

優(yōu)選的是，所述化學(xué)式Ni_xMg_1–xO中x的值為0.96＜x＜1。

優(yōu)選的是，所述空穴傳輸層材料的厚度為20～40nm。

優(yōu)選的是，所述襯底為玻璃襯底或PET塑料襯底；所述導(dǎo)電陽(yáng)極材料為ITO或FTO。

優(yōu)選的是，所述鈣鈦礦光活性層的材料為MAPbI₃，厚度為400～550nm；

所述電子傳輸層材料為C₆₀、C₆₀衍生物、雙富勒烯或雙富勒烯衍生物中的任意一種，厚度為20～40nm；

所述修飾層材料為BCP，厚度為8～10nm；

所述金屬陰極為Al、Ag、或Cu中的一種或多種，厚度為80～100nm。

本發(fā)明另外一個(gè)目的是提供一種基于Mg離子摻雜空穴傳輸層的鈣鈦礦光電探測(cè)器的制備方法，所述方法包括以下步驟：

1)、對(duì)由襯底和導(dǎo)電陽(yáng)極組成的基底進(jìn)行清洗、干燥和紫外臭氧處理；

2)、在基底表面梯度旋涂Ni_xMg_1–xO溶液、梯度退火制得空穴傳輸層；