[發明專利]一種錫（II）基鈣鈦礦混合體異質結薄膜、制備方法及光電探測器

在審

• 申請號: 202310168443.0
• 申請日: 2023-02-27
• 公開（公告）號: CN115996582A
• 公開（公告）日: 2023-04-21
• 發明（設計）人: 楊盛誼;張珍衡
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H10K30/30
• 分類號: H10K30/30;H10K30/60;H10K85/50;H10K71/12;H10K71/40
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 張潔

本發明涉及一種二價錫(II)基鈣鈦礦混合體異質結薄膜、制備方法及光電探測器，屬于無毒無機鈣鈦礦材料、光電探測器材料和器件技術領域。所述混合體異質結薄膜由穩定性優良的FAsubgt;1?x/subgt;Cssubgt;x/subgt;SnBrsubgt;3/subgt;錫基鈣鈦礦材料和PVK混合而成，x的取值范圍為0.05～0.2，FAsubgt;1?x/subgt;Cssubgt;x/subgt;SnBrsubgt;3/subgt;和PVK的摩爾比為200:1～600:1。通過錫基鈣鈦礦材料FAsubgt;1?x/subgt;Cssubgt;x/subgt;SnBrsubgt;3/subgt;與PVK混合，并通過優化其摻雜的摩爾比，最終得到了有利于光生載流子產生和傳輸的體異質結薄膜。PVK的引入不僅可以有效鈍化FAsubgt;1?x/subgt;Cssubgt;x/subgt;SnBrsubgt;3/subgt;薄膜表面的缺陷，還可進一步阻止水和氧氣對錫(II)基鈣鈦礦FAsubgt;1?x/subgt;Cssubgt;x/subgt;SnBrsubgt;3/subgt;的侵蝕。將本發明所述的混合體異質結薄膜作為錫基鈣鈦礦光電探測器的有源層制備的光電探測器具有優異的性能。

技術領域

本發明涉及一種錫(II)基鈣鈦礦混合體異質結薄膜、制備方法及光電探測器，屬于無毒無機鈣鈦礦材料、光電探測器材料和器件技術領域。

背景技術

光電探測器在圖像傳感、光通信、自動化制造、化學/生物測量及軍事測量等方面存在眾多潛在應用。近年來，由于有機-無機雜化鹵化鈣鈦礦材料本身具有較長的載流子擴散距離、較高的載流子遷移率以及較為簡單的制備流程，使其一躍成為光電探測器、太陽能電池和發光二極管等光電器件中最有前景的半導體材料之一。基于鈣鈦礦材料制備的光電探測器雖說在近些年取得了長足進步，但絕大多數高性能光電探測器都是基于含鉛鈣鈦礦材料所制備的器件。眾所周知，鉛元素不僅會對自然環境造成嚴重污染，而且鉛元素在體內的長期積蓄還會導致人體出現慢性鉛中毒。上述因素的存在被認為是鉛基鈣鈦礦光電器件進一步投入實際商業化應用的最大障礙。因此，通過使用其他非鉛元素來取代鈣鈦礦材料中的鉛元素是鈣鈦礦光電探測器發展的必經之路。

鈣鈦礦材料的通用化學式為ABX₃，其中A為Cs⁺、MA⁺或FA⁺等一價陽離子；B為Pb²⁺、Sn²⁺或Ge²⁺等二價陽離子；X則為Cl^-、Br^-或I^-等鹵素陰離子。在鈣鈦礦晶體結構中，單個B位點二價陽離子將與6個X位點一價陰離子配位形成[BX₆]^4-八面體結構，各八面體通過共頂點相連接并將A位點陽離子包圍其中，最終向三個維度拓展形成網狀結構。對于鈣鈦礦材料來說，Goldschmidt容

差因子t是判斷其鈣鈦礦結構穩定性的關鍵經驗指標，其表達式為：

而八面體因子μ則是作為前述[BX₆]^4-八面體結構能否形成的關鍵因素，其表達式為：

其中R_A、R_B和R_X分別代表鈣鈦礦通式ABX₃中三種元素的離子半徑。當t在0.813和1.107之間時，鈣鈦礦晶體結構可以穩定地保持。而且當t在0.9和1.0之間時，上述鈣鈦礦晶體將是完美的立方體結構。而μ的最佳取值則是處于0.44和0.90之間。