CN109301068B - 基于光伏和水伏效应的自驱动光电探测器及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于光伏和水伏效应的光电探测器及制备方法，采用钙钛矿太阳能电池作为钙钛矿光电探测器的电压驱动，钙钛矿太阳能电池采用碳做电极。本发明利用水伏效应将流动的水分子的能量转换为电能，不仅降低了水分子对器件的影响，而且提升了器件的性能和使用寿命。本发明制备的基于光伏和水伏效应的自驱动光电探测器稳定性好，使用寿命长，可在潮湿环境下进行长时间的光探测。

Description

基于光伏和水伏效应的自驱动光电探测器及制备方法
技术领域
本发明属于光电技术领域，更进一步涉及半导体光电技术领域中的基于光伏和水伏效应的自驱动光电探测器及制备方法。本发明的光电探测器可用于探测紫外-可见光-近红外波段的光信号。
背景技术
光电探测器是一种将光辐射能量转换为一种便于测量的物理量光电器件，在军事和国民经济的各个领域有着广泛的应用，例如生物传感、光学成像、光通信、环境监测、国防军工等。光电探测器的原理主要是利用外光电效应或内光电效应，探测器中的电子直接吸收光子的能量，使运动状态发生变化而产生电信号，常用于探测红外辐射和可见光。近几年，随着科技的发展，已经有越来越多种类的光电探测器出现。
Xin Hu等作者在其发表的论文“High-Performance Flexible BroadbandPhotodetector Based on Organolead Halide Perovskite”(Advanced FunctionalMaterials,vol.24,pp.7373-7380,2014)中公开了一种有机卤化物钙钛矿光电探测器。该有机卤化物钙钛矿光电探测器虽然在传统钙钛矿光电探测器优点基础上，采用旋涂方法制备了MAPbI3薄膜，形成了结构为ITO/MAPbI3/ITO的共面器件，通过对器件进行外部供电可实现宽谱光电探测，但是，该钙钛矿光电探测器仍然存在的不足之处是，该钙钛矿光电探测器在工作时需要外加电压来驱动，导致无法在需要长时间的光探测场合下的应用。
陕西师范大学在其申请专利技术文献“基于石墨烯电极和钙钛矿光吸收层的自驱动光电探测器及其制备方法”(申请号：201710459558.X授权公告号：CN 107195787 A)中公开了一种基于石墨烯电极和钙钛矿光吸收层的光电探测器的器件结构。该结构包括第一导电玻璃和第二导电玻璃，在第一导电玻璃电极上制备电子传输层，在电子传输层和第二导电玻璃上转移石墨烯薄膜，在位于电子传输层上的石墨烯薄膜上涂覆钙钛矿吸收层，将第一导电玻璃和第二导电玻璃连接。钙钛矿光吸收层吸收光子产生电子和空穴对，传输到石墨烯的电子遂穿到电子传输层，传输到到底导电玻璃电极，传输到石墨烯的空穴沿着石墨烯传输到第二导电玻璃电极电极，形成回路产生电流，实现自驱动的光探测。该器件的结构存在的不足之处是，该光电探测器对水分子非常的敏感，钙钛矿材料会和空气中的水分子发生反应分解而失效，导致无法在潮湿的环境中进行长时间的光探测。
苏州大学在其拥有的专利技术“结合太阳能电池和光电探测器的自驱动光电探测体系及其制备方法”(申请号：201510969469.0授权公告号：CN105575964B)中公开了一种结合太阳能电池和光电探测器的器件结构和制备方法。该专利技术采用旋涂的方法制备钙钛矿太阳能电池作为电压驱动，钙钛矿探测器为光电传感器件。该专利技术的制备方法中主要使用细铜线来连接钙钛矿太阳能电池和钙钛矿光电探测器，由此导致其存在的不足之处是，使用细铜线来连接钙钛矿太阳能电池和钙钛矿光电探测器的成本高，稳定性差。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术存在的缺点，提供一种基于光伏和水伏效应的自驱动光电探测器，实现光电探测器不需要借助外部能源可在潮湿环境下进行长时间的光探测。
实现本发明目的的具体思路是，利用钙钛矿太阳能电池作为光电探测器的电压驱动，实现长时间自驱动的光探测。由于流动的水蒸气在碳纳米质材料中可以产生电压，所以本发明采用碳电极作为钙钛矿太阳能电池的电极，不仅可以改善水分对钙钛矿太阳能电池性能的影响，还可以将水分流动的能量转换为电能。
本发明的基于光伏和水伏效应的自驱动光电探测器，包括钙钛矿太阳能电池、钙钛矿光电探测器，所述钙钛矿太阳能电池包括衬底以及在衬底上由上至下依次制备的电子传输层、界面修饰层、光吸收层、空穴传输层；所述钙钛矿光电探测器包括玻璃衬底、在玻璃衬底上制备的光吸收层、在光吸收层的两侧制备两个金属电极；所述的钙钛矿太阳能电池与钙钛矿光电探测器串联连接，所述钙钛矿太阳能电池的碳电极使用纳米碳材料。
本发明的基于光伏和水伏效应的自驱动光电探测器制备方法，利用喷墨打印技术连接钙钛矿太阳能电池和钙钛矿光电探测器，该方法的步骤包括如下：
步骤1，预处理钙钛矿太阳能电池衬底：
将衬底(1)依次放入洗涤剂、丙酮、异丙醇和去离子水中进行超声清洗；
将超声清洗过的衬底(1)进行紫外臭氧UV-zone处理，得到预处理好的衬底(1)；
步骤2，将配制好的电子传输层溶液旋涂在预处理好的衬底(1)上，得到电子传输层(2)；
步骤3，将配制好的电子传输层修饰溶液旋涂在电子传输层(2)上，退火得到界面修饰层(3)；
步骤4，采用溶液涂布法，制备钙钛矿太阳能电池的光吸收层(4)；
步骤5，将配置好的空穴传输层溶液旋涂到光吸收层(4)上，退火得到钙钛矿太阳能电池的空穴传输层(5)；
步骤6，采用刮刀涂布法沉积纳米碳材料制备钙钛矿太阳能电池的碳电极(6)，碳电极(6)是指石墨烯和炭黑复合电极；
步骤7，预处理钙钛矿光电探测器的玻璃衬底：
将钙钛矿光电探测器的玻璃衬底(7)依次放入离子水、丙酮和无水乙醇中进行超声清洗，使用高纯度氮气吹干；
步骤8，采用溶液涂布法，制备钙钛矿光电探测器的光吸收层(8)；
步骤9，使用真空镀膜仪，制备钙钛矿光电探测器的两个金属电极(9)和(10)；
步骤10，将制备好的钙钛矿光电探测器放入到原子层沉积系统中，覆盖氧化铝薄膜；
步骤11，连接钙钛矿太阳能电池和钙钛矿光电探测器：
利用喷墨打印技术，将钙钛矿太阳能电池的衬底(1)与钙钛矿光电探测器的一个金属电极(9)连接，将钙钛矿太阳能电池的电极(6)与钙钛矿光电探测器的另一个金属电极(10)连接；所述的喷墨打印的烧结温度为80～120℃，时间为10～15min。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
第一，由于本发明采用串联连接的钙钛矿太阳能电池与钙钛矿光电探测器，克服了现有技术的光电探测器在工作时需要外加电压来驱动，导致无法在需要长时间的光探测场合下的应用的缺点，使得本发明的基于光伏和水伏效应的自驱动光电探测器不需要借助外部能源可长时间的进行光探测。
第二，由于本发明采用原子层沉积技术，为钙钛矿光电探测器覆盖氧化铝隔层，钙钛矿太阳能电池用纳米碳材料作为电极，将光伏器件和水伏器件巧妙的结合，避免水分对器件的稳定性和使用寿命的影响，同时利用水伏效应将水分流动的能量转换为电能，克服了光电探测器对水分子非常的敏感，钙钛矿材料会和空气中的水分子发生反应分解而失效，导致无法在潮湿的环境中进行长时间的光探测的缺点，使得本发明的基于光伏和水伏效应的自驱动光电探测器的稳定性和使用寿命得到提升。
第三，由于本发明的制备工艺中采用喷墨打印技术连接钙钛矿太阳能电池和钙钛矿光电探测器，克服了现有技术使用金属连线成本高、稳定性差的问题使得采用本发明的制备工艺成本低，材料利用率高，制备效率高，适合大规模的生产。
附图说明
图1为本发明光电探测器的结构示意图；
图2为本发明光电探测器制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
参照图1，对本发明基于光伏和水伏效应的自驱动光电探测器结构做进一步的描述。
本发明的基于光伏和水伏效应的自驱动光电探测器包括钙钛矿太阳能电池、钙钛矿光电探测器，所述钙钛矿太阳能电池包括衬底1以及在衬底1上由上至下依次制备的电子传输层2、界面修饰层3、光吸收层4、空穴传输层5；所述钙钛矿光电探测器包括玻璃衬底7、在玻璃衬底7上制备的光吸收层8、在光吸收层8的两侧制备两个金属电极9和10；所述的钙钛矿太阳能电池与钙钛矿光电探测器串联连接，所述钙钛矿太阳能电池的碳电极6使用纳米碳材料。
所述的太阳能电池衬底1采用氟掺杂氧化锡FTO衬底。
参照图2，本发明一种基于光伏和水伏效应的自驱动光电探测器制备方法，利用喷墨打印技术连接钙钛矿太阳能电池和钙钛矿光电探测器，该方法的步骤包括如下：
步骤1，预处理钙钛矿太阳能电池衬底。
将衬底1依次放入洗涤剂、丙酮、异丙醇和去离子水中进行超声清洗。
将超声清洗过的衬底1进行紫外臭氧UV-zone处理，得到预处理好的衬底1。
步骤2，将配制好的电子传输层溶液旋涂在预处理好的衬底1上，得到电子传输层2。
所述的电子传输层溶液是指，二氧化钛TiO2溶液、氧化锌ZnO溶液、二氧化锡SnO2溶液中的任意一种。
步骤3，将配制好的电子传输层修饰溶液旋涂在电子传输层2上，退火得到界面修饰层3。
所述的界面修饰层溶液是指，[6,6]-苯基C61丁酸甲酯PCBM溶液、C60-SAM溶液、石墨烯量子点中的任意一种。
步骤4，采用溶液涂布法，制备钙钛矿太阳能电池的光吸收层4。
所述的溶液涂布法是指采用一步法旋涂、两步法旋涂、刮涂三种方法中的任意一种方法。
所述的光吸收层是指结构为ABX3型的钙钛矿材料中的任意一种,其中，A为MA+、FA+、(CsxMA1-x)+、(CsxFA1-x)+、(FAxMA1-x)+、(CsxFAyMA1-x-y)+中的一种，B为Pb2+，X为I-以及(IxBr1-x)-、(ClxI1-x)-、(ClxBr1-x)-、(I1-x-yBrxCly)-中的一种。
步骤5，将配置好的空穴传输层溶液旋涂到光吸收层4上，退火得到钙钛矿太阳能电池的空穴传输层5。
所述的空穴传输层溶液是指硫氰酸亚铜CuSCN溶液、氧化镍NiOx溶液、3,4-乙撑二氧噻吩PEDOT溶液中的任意一种。
步骤6，采用刮刀涂布法沉积纳米碳材料制备钙钛矿太阳能电池的碳电极6。
步骤7，预处理钙钛矿光电探测器的玻璃衬底。
将钙钛矿光电探测器的玻璃衬底7依次放入离子水、丙酮和无水乙醇中进行超声清洗，使用高纯度氮气吹干。
步骤8，采用溶液涂布法，制备钙钛矿光电探测器的光吸收层8。
所述的溶液涂布法是指采用一步法旋涂、两步法旋涂、刮涂三种方法中的任意一种方法。
所述的光吸收层是指结构为ABX3型的钙钛矿材料中的任意一种,其中，A为MA+、FA+、(CsxMA1-x)+、(CsxFA1-x)+、(FAxMA1-x)+、(CsxFAyMA1-x-y)+中的一种，B为Pb2+，X为I-以及(IxBr1-x)-、(ClxI1-x)-、(ClxBr1-x)-、(I1-x-yBrxCly)-中的一种。
步骤9，使用真空镀膜仪，制备钙钛矿光电探测器的两个金属电极9和10。
所述的金属电极是指金Au、银Ag中的任意一种，厚度为100～300nm。
步骤10，将制备好的钙钛矿光电探测器放入到原子层沉积系统中，覆盖氧化铝薄膜。
步骤11，连接钙钛矿太阳能电池和钙钛矿光电探测器。
利用喷墨打印技术，将钙钛矿太阳能电池的衬底(1)与钙钛矿光电探测器的一个金属电极(9)连接，将钙钛矿太阳能电池的电极(6)与钙钛矿光电探测器的另一个金属电极(10)连接。
采用原子层沉积技术，为钙钛矿光电探测器覆盖氧化铝隔层，钙钛矿太阳能电池用碳作电极，利用水伏效应将流动的水分子的能量转换为电能，降低了水分子对器件的影响，提升了器件的性能及使用寿命；利用喷墨打印技术将钙钛矿太阳能电池与钙钛矿光电探测器串联，钙钛矿太阳能电池作为钙钛矿光电探测器的电压驱动，在潮湿的环境下进行长时间光探测。
下面结合三个实施例对本发明的制备工艺做进一步的说明。
实施例1：
第1步：预处理钙钛矿太阳能电池衬底。
将氟掺杂氧化锡FTO衬底1依次放入洗涤剂、丙酮、异丙醇和去离子水，50℃加热超声清洗各20min，
将将超声清洗过的氟掺杂氧化锡FTO衬底1放在UV-zone中处理30min得到预处理好的氟掺杂氧化锡FTO衬底1。
第2步：制备钙钛矿太阳能电池的电子传输层。
将2.95g醋酸锌粉末加入到125mL甲醇溶液中，立即升温到70℃，不断搅拌得到透明液体A；将1.48g氢氧化钾粉末在70℃下溶于65mL的甲醇溶液中，不断搅拌得到混合溶液B；将溶液B在搅拌中逐滴滴加至溶液A，然后搅拌2h，静置使其冷却至室温后，去除上层清液，用甲醇清洗沉淀后，将70mL正丁醇、5mL甲醇以及5mL氯仿添加到沉淀中，匀速搅拌，过滤得到氧化锌纳米粒子溶液。
将氧化锌溶液以转速为3000rmp在处理好的氟掺杂氧化锡FTO衬底1上旋涂30s，重复旋涂三次，到致密的氧化锌薄膜电子传输层2。
第3步：制备电子传输层的界面修饰层。
使用匀胶机将浓度为10mg/ml溶于氯苯的PC61BM溶液以6000rpm的转速在电子传输层2上旋涂45s，之后100℃退火5min，得到电子传输层的界面修饰层3。
第4步：制备钙钛矿太阳能电池的光吸收层。
将1.36M PbI2和0.24M PbCl2溶于DMF，加热75℃搅拌2小时。70mg的MAI和30mg的FAI溶于1mL的IPA，另外加入10μL的DMF。之后，PbX2前驱体溶液旋涂在衬底上，转速3000rpm旋涂时间45s，之后MAI和FAI的混合溶液旋涂在PbX2衬底上，转速3000rpm旋涂时间45s。之后样品在100℃热台退火10min，得到钙钛矿光吸收层4。
第5步：制备钙钛矿太阳能电池的空穴传输层。
在磁力搅拌下将12.885g的NiCl2·6H2O溶解在100mL的去离子水中，逐滴加入10MNaOH溶液直至pH值达到10，将得到的混浊的绿色溶液离心，用去离子水洗涤沉淀两次，之后将粉末在80℃下干燥，然后在不同温度下退火2小时将150mg NiOx纳米颗粒加入到5mL异丙醇中，然后将该混合液体在超声波清洁器中以100W的功率超声处理，超声波处理的总时间约为8小时。将所得溶液通过聚四氟乙烯(TPFE)过滤器(0.45μm)过滤。
使用旋涂法，将得到的溶液以2000rpm的转速在光吸收层4上旋涂30s，然后120℃下退火20min，得到空穴传输层5。
第6步：制备钙钛矿太阳能电池的碳电极。
通过刮刀涂布法沉积由石墨烯和炭黑组成的碳电极，平均面积为0.09cm-2；将30mgCB和1mg GO分散在30mL异丙醇中形成糊状物，覆盖在用超声处理后的碳电极表面，最后等离子体处理，得到碳电极6。
第7步：预处理钙钛矿光电探测器的玻璃衬底。
将钙钛矿光电探测器的玻璃衬底7依次放入离子水、丙酮和无水乙醇中进行超声清洗，清洗温度为50℃，每种超声清洗的时间均为20min，然后使用高纯度氮气吹干。
第8步：制备钙钛矿光电探测器的光吸收层。
将99％浓度的碘甲胺99％浓度CH3NH3I和碘化铅PbI2，按摩尔比1:1溶于1mLN-N二甲基甲酰胺DMF中，形成钙钛矿前驱溶液，并在60℃下加热搅拌8h使其充分溶解，以2000rpm的转速旋涂20s，后加速5000rpm再旋涂30s，在总时间45s滴加甲苯，之后放置于温度为100℃热台上退火15min，得到钙钛矿光电探测器的光吸收层8。
第9步：制备钙钛矿光电探测器的金属电极。
将上述制备完成钙钛矿光电探测器的光吸收层的玻璃衬底放入真空室内，通过掩膜版蒸镀得到300nm的Au电极9的电极10。
第10步：覆盖氧化铝隔层。
使用三甲基铝TMA和H2O作为前体在100℃下反应，并使用高纯度氩气作为TMA载体和吹扫气体，使用原子层沉积系统覆盖氧化铝隔层
第11步：连接钙钛矿太阳能电池和钙钛矿光电探测器。
利用喷墨打印技术，烧结温度为100℃，时间为10min，将钙钛矿太阳能电池的衬底1与钙钛矿光电探测器的一个金属电极9连接，将钙钛矿太阳能电池的碳电极5与钙钛矿光电探测器的金属电极10连接。
实施例2：
步骤一：预处理钙钛矿太阳能电池衬底。
将氟掺杂氧化锡FTO衬底1依次放入洗涤剂、丙酮、异丙醇和去离子水，50℃加热超声清洗各20min，
将将超声清洗过的氟掺杂氧化锡FTO衬底1放在UV-zone中处理30min。
步骤二：制备钙钛矿太阳能电池的电子传输层。
将2.95g醋酸锌粉末加入到125mL甲醇溶液中，立即升温到70℃，不断搅拌得到透明液体A；将1.48g氢氧化钾粉末在70℃下溶于65mL的甲醇溶液中，不断搅拌得到混合溶液B；将溶液B在搅拌中逐滴滴加至溶液A，然后搅拌2h，静置使其冷却至室温后，去除上层清液，用甲醇清洗沉淀后，将70mL正丁醇、5mL甲醇以及5mL氯仿添加到沉淀中，匀速搅拌，过滤得到氧化锌纳米粒子溶液。
将氧化锌溶液以转速为3000rmp在处理好的氟掺杂氧化锡FTO衬底1上旋涂30s，重复旋涂三次，到致密的氧化锌薄膜电子传输层2。
步骤三：制备电子传输层的界面修饰层。
使用匀胶机浓度为10mg/ml溶于氯苯的PC61BM溶液以6000rpm的转速在电子传输层2上旋涂45s，之后100℃退火5min，得到电子传输层的界面修饰层3。
步骤四：制备钙钛矿太阳能电池的光吸收层。
将1.36M PbI2和0.24M PbCl2溶于DMF，加热75℃搅拌2小时。70mg的MAI和30mg的FAI溶于1mL的IPA，另外加入10μL的DMF。之后，PbX2前驱体溶液旋涂在衬底上，转速3000rpm旋涂时间45s，之后MAI和FAI的混合溶液旋涂在PbX2衬底上，转速3000rpm旋涂时间45s。之后样品在100℃热台退火10min，得到钙钛矿光吸收层4。
步骤五：制备钙钛矿太阳能电池的空穴传输层。
取疏水性的PEDOT滴在制备完成钙钛矿光吸收层4的FTO衬底上，使用甩胶机进行旋涂，旋涂转速为7000rpm，旋涂时间为45s，之后放置于热台上，150℃退火15min，得到空穴传输层5。
步骤六：制备钙钛矿太阳能电池的碳电极。
通过刮刀涂布法沉积由石墨烯和炭黑组成的碳电极，平均面积为0.09cm-2；将30mgCB和1mg GO分散在30mL异丙醇中形成糊状物，覆盖在用超声处理后的碳电极表面，最后等离子体处理，得到碳电极6。
步骤七：预处理钙钛矿光电探测器的玻璃衬底。
将钙钛矿光电探测器的玻璃衬底7依次放入离子水、丙酮和无水乙醇中进行超声清洗，清洗温度为50℃，每种超声清洗的时间均为20min，然后使用高纯度氮气吹干。
步骤八：制备钙钛矿光电探测器的光吸收层。
将碘甲胺(CH3NH3I，99％)和碘化铅(PbI2，99％)按摩尔比1:1溶于1mLN-N二甲基甲酰胺(DMF)中，形成钙钛矿前驱溶液，并在60℃下加热搅拌8h使其充分溶解，以2000rpm的转速旋涂20s，后加速5000rpm再旋涂30s，在总时间45s滴加甲苯，之后放置于温度为100℃热台上退火15min，得到钙钛矿光电探测器的光吸收层8。
步骤九：制备钙钛矿光电探测器的金属电极。
将上述制备完成钙钛矿光电探测器的光吸收层的玻璃衬底放入真空室内，通过掩膜版蒸镀得到300nm的Au电极9的电极10。
步骤十：覆盖氧化铝隔层。
使用三甲基铝(TMA)和H2O作为前体在100℃下反应，并使用高纯度氩气作为TMA载体和吹扫气体，使用原子层沉积系统覆盖氧化铝隔层
步骤十一：连接钙钛矿太阳能电池和钙钛矿光电探测器。
利用喷墨打印技术，烧结温度为100℃，时间为10min，将钙钛矿太阳能电池的衬底1与钙钛矿光电探测器的一个金属电极9连接，将钙钛矿太阳能电池的碳电极5与钙钛矿光电探测器的金属电极10连接。
实施例3：
步骤A：预处理钙钛矿太阳能电池衬底。
将氟掺杂氧化锡FTO衬底1依次放入洗涤剂、丙酮、异丙醇和去离子水，50℃加热超声清洗各20min，
将将超声清洗过的氟掺杂氧化锡FTO衬底1放在UV-zone中处理30min。
步骤B：制备钙钛矿太阳能电池的电子传输层。
将2.95g醋酸锌粉末加入到125mL甲醇溶液中，立即升温到70℃，不断搅拌得到透明液体A；将1.48g氢氧化钾粉末在70℃下溶于65mL的甲醇溶液中，不断搅拌得到混合溶液B；将溶液B在搅拌中逐滴滴加至溶液A，然后搅拌2h，静置使其冷却至室温后，去除上层清液，用甲醇清洗沉淀后，将70mL正丁醇、5mL甲醇以及5mL氯仿添加到沉淀中，匀速搅拌，过滤得到氧化锌纳米粒子溶液。
将氧化锌溶液以转速为3000rmp在处理好的氟掺杂氧化锡FTO衬底(1)上旋涂30s，重复旋涂三次，到致密的氧化锌薄膜电子传输层2。
步骤C：制备电子传输层的界面修饰层。
使用匀胶机将浓度为10mg/ml溶于氯苯的PC61BM溶液以6000rpm的转速在电子传输层2上旋涂45s，之后100℃退火5min，得到电子传输层的界面修饰层3。
步骤D：制备钙钛矿太阳能电池的光吸收层。
将1.36M PbI2和0.24M PbCl2溶于DMF，加热75℃搅拌2小时。70mg的MAI和30mg的FAI溶于1mL的IPA，另外加入10μL的DMF。之后，PbX2前驱体溶液旋涂在衬底上，转速3000rpm旋涂时间45s，之后MAI和FAI的混合溶液旋涂在PbX2衬底上，转速3000rpm旋涂时间45s。之后样品在100℃热台退火10min，得到钙钛矿光吸收层4。
步骤E：制备钙钛矿太阳能电池的空穴传输层。
将99％浓度的35mg CuSCN盐溶解在98％浓度的1mL二乙基硫醚中，在室温下恒温搅拌30分钟制备得到CuSCN溶液，将35μL的CuSCN溶液旋涂在预处理好的氧化铟锡ITO衬底1上，转速为5000rpm，旋涂30s，得到空穴传输层5。
步骤F：制备钙钛矿太阳能电池的碳电极。
通过刮刀涂布法沉积由石墨烯和炭黑组成的碳电极，平均面积为0.09cm-2；将30mgCB和1mg GO分散在30mL异丙醇中形成糊状物，覆盖在用超声处理后的碳电极表面，最后等离子体处理，得到碳电极6。
步骤G：预处理钙钛矿光电探测器的玻璃衬底。
将钙钛矿光电探测器的玻璃衬底7依次放入离子水、丙酮和无水乙醇中进行超声清洗，清洗温度为50℃，每种超声清洗的时间均为20min，然后使用高纯度氮气吹干。
步骤H：制备钙钛矿光电探测器的光吸收层。
将99％浓度的碘甲胺99％浓度CH3NH3I和碘化铅PbI2，按摩尔比1:1溶于1mLN-N二甲基甲酰胺DMF中，形成钙钛矿前驱溶液，并在60℃下加热搅拌8h使其充分溶解，以2000rpm的转速旋涂20s，后加速5000rpm再旋涂30s，在总时间45s滴加甲苯，之后放置于温度为100℃热台上退火15min，得到钙钛矿光电探测器的光吸收层8。
步骤I：制备钙钛矿光电探测器的金属电极。
将上述制备完成钙钛矿光电探测器的光吸收层的玻璃衬底放入真空室内，通过掩膜版蒸镀得到300nm的Au电极9的电极10。
步骤J：覆盖氧化铝隔层。
使用三甲基铝TMA和H2O作为前体在100℃下反应，并使用高纯度氩气作为TMA载体和吹扫气体，使用原子层沉积系统覆盖氧化铝隔层
步骤K：连接钙钛矿太阳能电池和钙钛矿光电探测器。
利用喷墨打印技术，烧结温度为100℃，时间为10min，将钙钛矿太阳能电池的衬底1与钙钛矿光电探测器的一个金属电极9连接，将钙钛矿太阳能电池的碳电极5与钙钛矿光电探测器的金属电极10连接。

Claims (1)

1.一种基于光伏和水伏效应的自驱动光电探测器制备方法，其特征在于，利用喷墨打印技术连接钙钛矿太阳能电池和钙钛矿光电探测器；该方法的步骤包括如下：
步骤1，预处理钙钛矿太阳能电池衬底：
将衬底(1)依次放入洗涤剂、丙酮、异丙醇和去离子水中进行超声清洗；
将超声清洗过的衬底(1)进行紫外臭氧UV-zone处理，得到预处理好的衬底(1)；
步骤2，将配制好的电子传输层溶液旋涂在预处理好的衬底(1)上，得到电子传输层(2)；所述的电子传输层溶液是指，二氧化钛TiO2溶液、氧化锌ZnO溶液、二氧化锡SnO2溶液中的任意一种；
步骤3，将配制好的电子传输层修饰溶液旋涂在电子传输层(2)上，退火得到界面修饰层(3)；所述的界面修饰层溶液是指，[6,6]-苯基C61丁酸甲酯PCBM溶液、C60-SAM溶液、石墨烯量子点中的任意一种；
步骤4，采用溶液涂布法，制备钙钛矿太阳能电池的光吸收层(4)；所述的光吸收层是指结构为ABX3型钙钛矿材料中的任意一种,其中A为MA+、FA+、(CsxMA1-x)+、(CsxFA1-x)+、(FAxMA1-x)+、(CsxFAyMA1-x-y)+中的一种，B为Pb2+，X为I-以及(IxBr1-x)-、(ClxI1-x)-、(ClxBr1-x)-、(I1-x-yBrxCly)-中的一种；
步骤5，将配置好的空穴传输层溶液旋涂到光吸收层(4)上，退火得到钙钛矿太阳能电池的空穴传输层(5)；所述的空穴传输层溶液是指硫氰酸亚铜CuSCN溶液、氧化镍NiOx溶液、3,4-乙撑二氧噻吩PEDOT溶液中的任意一种；
步骤6，采用刮刀涂布法沉积纳米碳材料制备钙钛矿太阳能电池的碳电极(6)，碳电极(6)是指石墨烯和炭黑复合电极；
步骤7，预处理钙钛矿光电探测器的玻璃衬底：
将钙钛矿光电探测器的玻璃衬底(7)依次放入离子水、丙酮和无水乙醇中进行超声清洗，使用高纯度氮气吹干；
步骤8，采用溶液涂布法，制备钙钛矿光电探测器的光吸收层(8)；所述的光吸收层是指结构为ABX3型的钙钛矿材料中的任意一种,其中，A为MA+、FA+、(CsxMA1-x)+、(CsxFA1-x)+、(FAxMA1-x)+、(CsxFAyMA1-x-y)+中的一种，B为Pb2+，X为I-以及(IxBr1-x)-、(ClxI1-x)-、(ClxBr1-x)-、(I1-x-yBrxCly)-中的一种；
步骤9，使用真空镀膜仪，制备钙钛矿光电探测器的两个金属电极(9)和(10)；
步骤10，将制备好的钙钛矿光电探测器放入到原子层沉积系统中，覆盖氧化铝薄膜；
步骤11，连接钙钛矿太阳能电池和钙钛矿光电探测器：
利用喷墨打印技术，将钙钛矿太阳能电池的衬底(1)与钙钛矿光电探测器的一个金属电极(9)连接，将钙钛矿太阳能电池的电极(6)与钙钛矿光电探测器的另一个金属电极(10)连接。
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