[發明專利]基于空穴傳輸層界面修飾的鈣鈦礦光電探測器及制備方法

在審

• 申請號: 202210415005.5
• 申請日: 2022-04-20
• 公開（公告）號: CN114744121A
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 王玉坤;楊佳;黃麗香;李國新;邱鑫;張小小;杜徐佳能;張靜;梁華松;徐子涵;尹華冬;張煒;李子昂;孫文紅
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;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: 楊望仙

本發明屬于光電探測器技術領域，尤其涉及一種基于空穴傳輸層界面修飾的鈣鈦礦光電探測器及制備方法。一種基于空穴傳輸層界面修飾的鈣鈦礦光電探測器，所述光電探測器從下到上依次由襯底、透明導電陽極、空穴傳輸層、修飾層、鈣鈦礦光活性層、電子傳輸層、空穴阻擋層和金屬陰極組成，所述修飾層由F4?TCNQ的異丙醇溶液經過旋涂法制得。本發明通過在空穴傳輸層和鈣鈦礦光活性層之間引入一種強的吸電小分子超薄修飾層，提升了載流子的遷移率和界面的疏水性，能夠抑制水對鈣鈦礦光活性層的損害，有效鈍化鈣鈦礦光活性層的缺陷，增強光電器件的穩定性，同時，該修飾層能夠更有利于鈣鈦礦薄膜的結晶，從而提升鈣鈦礦光電探測器的光電性能。

技術領域

本發明屬于光電探測器技術領域，尤其涉及一種基于空穴傳輸層界面修飾的鈣鈦礦光電探測器及制備方法。

背景技術

光電探測器是一種將光信號轉換為電信號的電子器件，在光通信、光電傳感和檢測、成像等技術領域中發揮著不可替代的作用。目前市場上的光電探測器大多是無機半導體材料，比如硅和三五族復合材料。雖然已經商業化，但存在著制備工藝復雜、成本高、制備周期長等問題。

近期，有機-無機雜化鈣鈦礦作為一種新型半導體材料具有易于加工制備、長載流子擴散長度、高吸收系數、高遷移率、帶隙可調等優異的性能，有望成為無機半導體材料的替代品。正因如此，其被應用在太陽能電池、光電探測器、發光二極管、晶體管等諸多領域。

空穴傳輸層能夠促進空穴傳輸、收集以及阻擋電子，在器件性能中起到重要作用。將有機或無機半導體電荷傳輸層應用在鈣鈦礦光電探測器的兩側，可以進一步提高其光電性能和探測能力。氧化鎳作為一種典型的p型半導體，是最有潛力的無機空穴傳輸材料，具有成本低、良好的光穩定性和熱穩定性、非腐蝕性，同時還具有著合適的功函數和強的電子阻斷能力等優點。但是也存在著一些問題，比如NiO_x的費米能級遠離鈣鈦礦的價帶最大值，這導致薄膜中存在弱的內置場強和界面處的能級偏移；以及NiO_x的本征電導率低、低的載流子傳輸和粗糙的界面所導致非輻射復合，這些都將影響鈣鈦礦光電探測器的光電性能。同時，鈣鈦礦光活性層存在著結構不穩定，影響其進一步的商業化。通過對鈣鈦礦光活性層和NiO_x空穴傳輸層的界面進行修飾，是一種簡單高效的方法。

發明內容

針對上述問題，本發明的一個目的在于提供一種基于空穴傳輸層界面修飾的鈣鈦礦光電探測器，通過在空穴傳輸層和鈣鈦礦光活性層之間引入F4-TCNQ這種小分子有機物超薄修飾層，提升載流子的傳輸能力，鈍化鈣鈦礦光活性層的缺陷，提高薄膜的結晶，同時增加表面的疏水性，阻擋水汽等對鈣鈦礦光活性層的損害，提升器件的穩定性。

本發明的目的通過如下技術方案實現：

一種基于空穴傳輸層界面修飾的鈣鈦礦光電探測器，該光電探測器采用傳統平面倒置結構，從下到上依次由襯底、透明導電陽極、空穴傳輸層、修飾層、鈣鈦礦光活性層、電子傳輸層、空穴阻擋層和金屬陰極組成，所述修飾層由F4-TCNQ的異丙醇溶液經過旋涂的方法制得。

F4-TCNQ化學名稱為2,3,5,6-四氟-7,7',8,8'-四氰二甲基對苯醌。

進一步地，所述光電探測器各層之間通過旋涂或真空蒸鍍的方式連接，采用真空蒸鍍時控制真空蒸鍍機內的氣壓小于5×10^–4Pa。

進一步地，所述襯底為玻璃襯底或PET塑料襯底。

進一步地，所述透明導電陽極為ITO或FTO導電玻璃。

進一步地，所述空穴傳輸層為NiO_x，厚度范圍為20～40nm，x的取值范圍為1-1.5。

進一步地，所述鈣鈦礦光活性層為CH₃NH₃PbI₃，厚度范圍為300～400nm。