CN111403539A - 一种全无机钙钛矿光电探测器及其制备方法 - Google Patents
一种全无机钙钛矿光电探测器及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111403539A CN111403539A CN202010195860.0A CN202010195860A CN111403539A CN 111403539 A CN111403539 A CN 111403539A CN 202010195860 A CN202010195860 A CN 202010195860A CN 111403539 A CN111403539 A CN 111403539A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- cspbbr
- hole transport
- moo
- perovskite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 claims abstract description 57
- XCJYREBRNVKWGJ-UHFFFAOYSA-N copper(II) phthalocyanine Chemical compound [Cu+2].C12=CC=CC=C2C(N=C2[N-]C(C3=CC=CC=C32)=N2)=NC1=NC([C]1C=CC=CC1=1)=NC=1N=C1[C]3C=CC=CC3=C2[N-]1 XCJYREBRNVKWGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 55
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 54
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 53
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 42
- 229910015711 MoOx Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims abstract description 21
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000003607 modifier Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 89
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 83
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 82
- LYQFWZFBNBDLEO-UHFFFAOYSA-M caesium bromide Chemical compound [Br-].[Cs+] LYQFWZFBNBDLEO-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 74
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 47
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 35
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 25
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 14
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000003491 array Methods 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 208
- 239000000463 material Substances 0.000 description 16
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 14
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 12
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 5
- 239000012459 cleaning agent Substances 0.000 description 5
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 5
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 5
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 5
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 3
- 229920000301 poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) polymer Polymers 0.000 description 3
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920001167 Poly(triaryl amine) Polymers 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 description 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 2
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- VGQNYXDTZUDPEI-UHFFFAOYSA-N 2-[[2-[bis(carboxymethylsulfanyl)methyl]phenyl]-(carboxymethylsulfanyl)methyl]sulfanylacetic acid Chemical compound OC(=O)CSC(SCC(O)=O)C1=CC=CC=C1C(SCC(O)=O)SCC(O)=O VGQNYXDTZUDPEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XDXWNHPWWKGTKO-UHFFFAOYSA-N 207739-72-8 Chemical compound C1=CC(OC)=CC=C1N(C=1C=C2C3(C4=CC(=CC=C4C2=CC=1)N(C=1C=CC(OC)=CC=1)C=1C=CC(OC)=CC=1)C1=CC(=CC=C1C1=CC=C(C=C13)N(C=1C=CC(OC)=CC=1)C=1C=CC(OC)=CC=1)N(C=1C=CC(OC)=CC=1)C=1C=CC(OC)=CC=1)C1=CC=C(OC)C=C1 XDXWNHPWWKGTKO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005034 decoration Methods 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 238000002059 diagnostic imaging Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0216—Coatings
- H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1876—Particular processes or apparatus for batch treatment of the devices
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
本发明属于微纳制造相关技术领域，其公开了一种全无机钙钛矿光电探测器及其制备方法，所述光电探测器包括玻璃基底、CuPc空穴传输层、CsPbBr3钙钛矿薄膜、MoOx修饰层及Ag电极层，所述玻璃基底包括基底及形成在所述基底上的ITO导电层；所述CuPc空穴传输层形成在所述ITO导电层远离所述基底的表面上；所述CsPbBr3钙钛矿薄膜形成在所述CuPc空穴传输层远离所述ITO导电层的表面上；所述MoOx修饰层形成在所述CsPbBr3钙钛矿薄膜远离所述CuPc空穴传输层的表面上；所述Ag电极层形成在所述MoOx修饰层远离所述CsPbBr3钙钛矿薄膜的表面上。本发明的生产成本低，适用性好，尤其适合大面积器件及器件阵列的高效制备。
Description
技术领域
本发明属于微纳制造相关技术领域，更具体地，涉及一种全无机钙钛矿光电探测器及其制备方法。
背景技术
光电探测器作为现代光电系统的“眼睛”，是其最重要的组成部分，在国防安全和人民生活中具有广泛应用，大到光纤通讯、工业探伤、医疗成像、红外预警、空间探测等系统，小到光纤通讯、遥控器、人脸识别、摄像头等装置，光电探测器均在其中发挥着重要作用。目前，商业化光电测器主要是基于Si、InGaAs、GaN等传统无机半导体材料所构建的，存在弱光响应性较差等问题。该类型器件所采用的Si、InGaAs、GaN等无机半导体薄膜多采用分子束外延以及金属有机化学气相沉积工艺制备，其对生产设备要求高，生产成本高，且工艺温度高(往往高于1000℃)，能耗高，限制了柔性光电探测器的制备及在柔性电子系统中的应用。新型有机或量子点光探测材料，因其独特的光电特性及易于溶液法(旋涂、喷墨打印或丝网印刷等)制备，使其在光电探测领域获得越来越多的关注。但这类材料普遍受限于较低的载流子迁移率，基于其制备的光电探测器普遍响应速率较低，难以满足高速成像、高速通讯系统中的高帧频光响应需求。
全无机钙钛矿材料因其自身独特的光电特性，如优异的光电导、双极子电荷传输特性、禁带可调、高光吸收系数、低激子结合能等，以及优异的稳定性(尤其是热稳定性)，成为光电子技术领域炙手可热的材料。以全无机钙钛矿材料作为光敏层的光电探测器展现出了优异的光响应性与工作稳定性，响应时间低至数十纳秒，因此在光电探测领域极具发展潜力。
全无机钙钛矿光电探测器主要分为两种类型：光电导型与光伏型。光电导型器件中载流子的传输距离较长，导致该类型器件光响应时间较长(数百微秒至数毫秒)，限制了其在高频光信号探测中的应用。光伏型光电探测器具有自供能、响应速度快(纳秒级)、探测率高等优势，且因无需外接供电装置，简化了光电系统的复杂性，在高频光探测领域具有巨大的发展潜力。但该类型器件的高性能往往建立在使用能耗高或价格昂贵的电子传输层和空穴传输层(PTAA、P3HT)的基础之上，这些材料的使用大大增加了器件的生产成本，限制了其商业化推广。此外，传统的全无机钙钛矿薄膜大多是基于溶液法制备的，存在无机钙钛矿材料合成困难、薄膜缺陷态密度较高以及成膜性差等缺点，这些缺陷都不利于载流子快速迁移，且溶液法工艺不利于大面积钙钛矿薄膜的制备，也限制了大面积光电探测器的制备。相应地，本领域存在着开发一种低成本、高性能的钙钛矿光电探测器及其制备方法的技术需求。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，基于吸纳有光电探测器的工作特点，本发明提供了一种低成本、高性能的全无机钙钛矿光电探测器及其制备方法，所述制备方法采用蒸镀工艺制备光电探测器的所有功能层或前驱体层，其中，采用连续蒸镀工艺制备高质量CsPbBr3钙钛矿薄膜，通过精细调控PbBr2与CsBr前驱体层厚度，实现CsPbBr3薄膜成分的精确可控，该方法所制备的CsPbBr3薄膜相较于传统溶液法制备的CsPbBr3薄膜更加均匀，具有更高的结晶度、覆盖率、更长的载流子寿命及更少的内部缺陷等，有利于载流子的传输。同时，在该光电探测器中，采用廉价的p-型CuPc材料代替昂贵的有机小分子空穴传输材料，既能有效降低器件的整体成本，提高器件的稳定性，还能促进器件的载流子迁移率，提高器件的光探测性能。此外，引入廉价的MoOx修饰层对CsPbBr3钙钛矿薄膜的缺陷进行钝化，减少不利的非辐射符合损失，进一步提高光电探测器的载流子传输速率和光响应速率。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种全无机钙钛矿光电探测器，所述光电探测器为堆叠的层状结构，其包括玻璃基底、CuPc空穴传输层、CsPbBr3钙钛矿薄膜、MoOx修饰层及Ag电极层，所述玻璃基底包括基底及形成在所述基底上的ITO导电层；所述CuPc空穴传输层形成在所述ITO导电层远离所述基底的表面上；所述CsPbBr3钙钛矿薄膜形成在所述CuPc空穴传输层远离所述ITO导电层的表面上；所述MoOx修饰层形成在所述CsPbBr3钙钛矿薄膜远离所述CuPc空穴传输层的表面上；所述Ag电极层形成在所述MoOx修饰层远离所述CsPbBr3钙钛矿薄膜的表面上。
进一步地，所述CsPbBr3钙钛矿薄膜由依次蒸镀的PbBr2前驱体层、CsBr前驱体层在退火下反应生成的。
进一步地，PbBr2层的厚度为150～200nm，CsBr层的厚度为115～150nm。
进一步地，所述CuPc空穴传输层的厚度为6～10nm。
进一步地，所述MoOx修饰层的厚度为4～8nm。
进一步地，所述Ag电极层的厚度为110～120nm。
按照本发明的另一个方面，提供了一种全无机钙钛矿光电探测器的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)提供玻璃基底，在所述玻璃基底的ITO导电层上采用蒸镀工艺制备CuPc空穴传输层；
(2)用连续蒸镀工艺在CuPc空穴传输层上制备CsPbBr3钙钛矿薄膜；
(3)采用蒸镀工艺在CsPbBr3钙钛矿薄膜上沉积MoOx修饰层；
(4)采用蒸镀工艺在MoOx修饰层上沉积Ag电极层，由此完成所述光电探测器的制备。
进一步地，CuPc空穴传输层的制备是在压强小于9×10-4Pa的真空腔室内进行的，采用的蒸发速率为
进一步地，步骤(2)中，首先，在所述CuPc空穴传输层上蒸镀PbBr2前驱体层，再蒸镀CsBr前驱体层；最后，在空气中以250～270℃进行退火7-10min以得到CsPbBr3钙钛矿薄膜；其中，PbBr2层与CsBr层的蒸发速率均为
进一步地，步骤(4)是在压强小于9×10-4Pa的真空腔室内进行的，采用的蒸发速率为
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的全无机钙钛矿光电探测器及其制备方法主要具有以下有益效果：
1.所述光电探测器的所有功能层或前驱体层都是通过蒸镀工艺制备的，对设备要求较低(只需一台热蒸发设备即可)，便于大面积光电探测器件或光电探测器阵列的高效制备；整套工艺适用性强，工艺复杂性较低，重复率高，且制备效率较高，便于光电探测器的大规模商业化生产。
2.所述CsPbBr3钙钛矿薄膜是通过连续蒸镀PbBr2前驱体层及CsBr前驱体层，再经过高温退火制备而成的，通过调节CsBr层与CsBr层的厚度，可精确控制CsPbBr3薄膜的相成分；该方法相较于传统溶液法工艺更加可控，可重复性更强，且该方法所制备的CsPbBr3钙钛矿薄膜相较于传统溶液法制备的CsPbBr3钙钛矿薄膜具有更高的薄膜质量及更佳的光学电学性能，基于蒸镀的CsPbBr3钙钛矿薄膜所制备的光电探测器具有更优异的光探测性能。此外，该方法未使用任何有毒溶剂，对环境较友好。
3.本发明提供的光电探测器采用廉价、高疏水性的CuPc作为空穴传输材料，替代常用的价格昂贵的空穴传输材料(如Spiro-OMeTAD,PTAA,P3HT等)，且未使用任何空穴传输材料，有利于降低整体生产成本，有助于推动光电探测器的商业化应用；此外，由于CuPc相较常用空穴传输材料具有更高的疏水性和化学稳定性，有助于提高器件的使用寿命。
4.引入超薄MoOx修饰层对CsPbBr3钙钛矿薄膜进行修饰，可有效钝化CsPbBr3钙钛矿薄膜的体缺陷和面缺陷，显著降低载流子非辐射复合速率和暗电流密度，且MoOx层还可有效降低CsPbBr3光敏层与Ag电极层之间的界面势垒，提高载流子传输与提取效率，进而实现高速、高灵敏光探测。
5.所设计的钙钛矿光电探测器为纵向堆叠的光伏(自供能)型器件，器件在无需外接电源的情况下可自主进行光探测，降低了系统能耗和复杂性，有助于进一步降低整体成本。
附图说明
图1是本发明提供的全无机钙钛矿光电探测器的剖视图；
图2是本发明提供的全无机钙钛矿光电探测器的制备方法的流程示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-玻璃基底，2-ITO导电层，3-CuPc空穴传输层，4-CsPbBr3钙钛矿薄膜，5-MoOx修饰层，6-Ag电极层。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参阅图1，本发明提供的全无机钙钛矿光电探测器，所述光电探测器为沿自身厚度方向堆叠的层状结构，其包括玻璃基底1、CuPc空穴传输层3、CsPbBr3钙钛矿薄膜4、MoOx修饰层5及Ag电极层6，所述玻璃基底1包括基底及形成在所述基底上的ITO导电层2。所述CuPc空穴传输层3形成在所述ITO导电层2远离所述基底的表面上。所述CsPbBr3钙钛矿薄膜4形成在所述CuPc空穴传输层3远离所述ITO导电层2的表面上。所述MoOx修饰层5形成在所述CsPbBr3钙钛矿薄膜4远离所述CuPc空穴传输层3的表面上；所述Ag电极层6形成在所述MoOx修饰层5远离所述CsPbBr3钙钛矿薄膜4的表面上。
本实施方式中，所述CuPc空穴传输层3相较常用的有机小分子空穴传输层(PTTA、P3HT等)具有更低的材料成本及更高的疏水性，有利于降低器件的整体成本，提高稳定性；所述CsPbBr3钙钛矿薄膜4由依次蒸镀的PbBr2前驱体层、CsBr前驱体层在高温退火下反应生成的；所述MoOx修饰层5可有效钝化所述CsPbBr3钙钛矿薄膜的缺陷，降低载流子非辐射复合速率和暗电流密度；同时，所述MoOx修饰层5还可降低所述CsPbBr3钙钛矿薄膜4与所述Ag电极层6之间的界面势垒，有利于载流子的有效传输，进而实现高性能光探测。
所述CuPc空穴传输层3的厚度为6～10nm，所蒸镀的PbBr2层的厚度为150～200nm，所蒸镀的CsBr层的厚度为115～150nm；所述MoOx修饰层的厚度为4～8nm；所述Ag电极层6的厚度为110～120nm。
本发明还提供了一种全无机钙钛矿光电探测器的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
步骤一，提供一个带有ITO导电层的玻璃基底，并对所述玻璃基底进行清洗。
具体地，提供一个带有ITO导电层的玻璃基底，依次用清洗剂、丙酮、乙醇和去离子水对带有ITO导电层的玻璃基底进行超声清洗15～20min，并用N2气流吹干所述玻璃基底，然后对所述玻璃基底进行紫外臭氧处理25～30min。
步骤二，在所述ITO导电层上采用蒸镀工艺制备空穴传输层。
具体地，在所述ITO导电层上采用蒸镀工艺制备CuPc空穴传输层，整个过程在压强小于9×10-4Pa的高真空腔室内进行，制备CuPc空穴传输层采用的蒸发速率控制在
CuPc层的厚度控制在6～10nm。
步骤三，用连续蒸镀工艺在空穴传输层上制备CsPbBr3钙钛矿薄膜。
具体地，在所述CuPc空穴传输层上通过连续蒸镀工艺制备CsPbBr3钙钛矿薄膜，其是通过连续蒸镀PbBr2前驱体层和CsBr前驱体层制备而成的，整个制备过程是在压强小于9×10-4Pa的高真空腔室内进行。
本实施方式中，首先，在所述CuPc空穴传输层上蒸镀150～200nm厚的PbBr2前驱体层，再蒸镀115～150nm厚的CsBr前驱体层，通过精细调节CsBr层与CsBr层的厚度来实现对CsPbBr3钙钛矿薄膜成分的精确控制，其中，PbBr2层与CsBr层的蒸发速率均控制在
最后，在空气中以250～270℃对CsPbBr3钙钛矿薄膜进行退火7-10min促进薄膜充分结晶。
步骤四，采用蒸镀工艺在CsPbBr3钙钛矿薄膜上沉积修饰层以对CsPbBr3钙钛矿薄膜缺陷进行钝化。
具体地，在所述CsPbBr3层上采用蒸镀工艺制备MoOx修饰层，整个过程在压强小于9×10-4Pa的高真空腔室内进行，MoOx蒸发速率控制在
MoOx层厚度控制在4～8nm。
步骤五，采用蒸镀工艺在修饰层上沉积Ag电极层，由此完成所述光电探测器的制备。
具体地，在所述MoOx修饰层上通过蒸镀工艺制备Ag电极层，蒸发速率控制在
Ag电极层厚度控制在110～120nm，整个制备过程是在压强小于9×10-4Pa的高真空腔室内进行的。
以下以几个具体实施例来对本发明进行进一步的详细说明。
实施例1
本发明第一实施例提供的一种高性能全无机钙钛矿光电探测器的制备方法主要包括以下步骤：
A1，提供一个带有ITO导电层的玻璃基底，并对所述玻璃基底进行清洗。
具体地，提供一个带有ITO导电层的玻璃基底，依次用清洗剂、丙酮、乙醇和去离子水对所述的玻璃基底进行超声清洗15min，然后用N2气流吹干所述玻璃基底，再对所述玻璃基底进行紫外臭氧处理30min；
A2，在所述ITO导电层上采用蒸镀工艺制备空穴传输层。
具体地，在所述ITO导电层上采用蒸镀工艺制备CuPc空穴传输层，整个过程在压强小于9×10-4Pa的高真空腔室内进行，CuPc蒸发速率为
CuPc层厚度为6nm。
A3，用连续蒸镀工艺在空穴传输层上制备CsPbBr3钙钛矿薄膜。
具体地，在所述CuPc空穴传输层上通过连续蒸镀工艺制备CsPbBr3钙钛矿薄膜，其是通过连续蒸镀PbBr2前驱体层和CsBr前驱体层制备而成的，整个制备过程在压强小于9×10-4Pa的高真空腔室内进行。
本实施方式中，首先，在所述CuPc层上蒸镀150nm厚的PbBr2前驱体层，再蒸镀115nm厚的CsBr前驱体层，通过精细调节CsBr层与CsBr层的厚度来实现对CsPbBr3薄膜成分的精确控制，其中，PbBr2层与CsBr层的蒸发速率均控制在
最后，在空气中以250℃对CsPbBr3钙钛矿薄膜进行退火7min促进薄膜充分结晶。
A4，采用蒸镀工艺在CsPbBr3钙钛矿薄膜上沉积修饰层以对CsPbBr3钙钛矿薄膜缺陷进行钝化。
具体地，在所述CsPbBr3层上采用蒸镀工艺制备MoOx修饰层，整个过程在压强小于9×10-4Pa的高真空腔室内进行，MoOx蒸发速率控制在
MoOx层厚度为4nm。
A5，采用蒸镀工艺在修饰层上沉积Ag电极层，由此完成所述光电探测器的制备。
具体地，在所述MoOx修饰层上通过蒸镀工艺制备Ag电极层，蒸发速率控制在
Ag电极层厚度控制在110nm，整个制备过程是在压强小于9×10-4Pa的高真空腔室内进行的。
实施例2
本发明第二实施例提供的一种高性能的全无机钙钛矿光电探测器的制备方法主要包括以下步骤：
B1，提供一个带有ITO导电层的玻璃基底，并对所述玻璃基底进行清洗。
具体地，提供一个带有ITO导电层的玻璃基底，依次用清洗剂、丙酮、乙醇和去离子水对所述的玻璃基底进行超声清洗17min，然后用N2气流吹干所述玻璃基底，再对所述玻璃基底进行紫外臭氧处理25min；
B2，在所述ITO导电层上采用蒸镀工艺制备空穴传输层。
具体地，在所述ITO导电层上采用蒸镀工艺制备CuPc空穴传输层，整个过程在压强小于9×10-4Pa的高真空腔室内进行，CuPc蒸发速率为
CuPc层厚度为8nm。
B3，用连续蒸镀工艺在空穴传输层上制备CsPbBr3钙钛矿薄膜。
具体地，在所述CuPc空穴传输层上通过连续蒸镀工艺制备CsPbBr3钙钛矿薄膜，其是通过连续蒸镀PbBr2前驱体层和CsBr前驱体层制备而成的，整个制备过程在压强小于9×10-4Pa的高真空腔室内进行。
本实施方式中，首先，在所述CuPc层上蒸镀170nm厚的PbBr2前驱体层，再蒸镀130nm厚的CsBr前驱体层，通过精细调节CsBr层与CsBr层的厚度来实现对CsPbBr3薄膜成分的精确控制，其中，PbBr2层与CsBr层的蒸发速率均控制在
最后，在空气中以260℃对CsPbBr3钙钛矿薄膜进行退火8min促进薄膜充分结晶。
B4，采用蒸镀工艺在CsPbBr3钙钛矿薄膜上沉积修饰层以对CsPbBr3改钙钛矿薄膜缺陷进行钝化。
具体地，在所述CsPbBr3层上采用蒸镀工艺制备MoOx修饰层，整个过程在压强小于9×10-4Pa的高真空腔室内进行，MoOx蒸发速率控制在
MoOx层的厚度为5nm。
B5，采用蒸镀工艺在修饰层上沉积Ag电极层，由此完成所述光电探测器的制备。
具体地，在所述MoOx修饰层上通过蒸镀工艺制备Ag电极层，蒸发速率控制在
Ag电极层厚度控制在115nm，整个制备过程是在压强小于9×10-4Pa的高真空腔室内进行的。
实施例3
本发明第三实施例提供的一种高性能的全无机钙钛矿光电探测器的制备方法主要包括以下步骤：
C1，提供一个带有ITO导电层的玻璃基底，并对所述玻璃基底进行清洗。
具体地，提供一个带有ITO导电层的玻璃基底，依次用清洗剂、丙酮、乙醇和去离子水对所述的玻璃基底进行超声清洗18min，然后用N2气流吹干所述玻璃基底，再对所述玻璃基底进行紫外臭氧处理28min；
C2，在所述ITO导电层上采用蒸镀工艺制备空穴传输层。
具体地，在所述ITO导电层上采用蒸镀工艺制备CuPc空穴传输层，整个过程在压强小于9×10-4Pa的高真空腔室内进行，CuPc蒸发速率为
CuPc层的厚度为9nm。
C3，用连续蒸镀工艺在空穴传输层上制备CsPbBr3钙钛矿薄膜。
具体地，在所述CuPc空穴传输层上通过连续蒸镀工艺制备CsPbBr3钙钛矿薄膜，其是通过连续蒸镀PbBr2前驱体层和CsBr前驱体层制备而成的，整个制备过程在压强小于9×10-4Pa的高真空腔室内进行。
本实施方式中，首先，在所述CuPc层上蒸镀190nm厚的PbBr2前驱体层，再蒸镀140nm厚的CsBr前驱体层，通过精细调节CsBr层与CsBr层的厚度来实现对CsPbBr3钙钛矿薄膜成分的精确控制，其中，PbBr2层与CsBr层的蒸发速率均控制在
最后，在空气中以270℃对CsPbBr3钙钛矿薄膜进行退火8min促进薄膜充分结晶。
C4，采用蒸镀工艺在CsPbBr3钙钛矿薄膜上沉积修饰层以对CsPbBr3钙钛矿薄膜缺陷进行钝化。
具体地，在所述CsPbBr3层上采用蒸镀工艺制备MoOx修饰层，整个过程在压强小于9×10-4Pa的高真空腔室内进行，MoOx蒸发速率控制在
MoOx层厚度为7nm。
C5，采用蒸镀工艺在修饰层上沉积Ag电极层，由此完成所述光电探测器的制备。
具体地，在所述MoOx修饰层上通过蒸镀工艺制备Ag电极层，蒸发速率控制在
Ag电极层厚度控制在120nm，整个制备过程是在压强小于9×10-4Pa的高真空腔室内进行的。
实施例4
本发明第四实施例提供的一种高性能全无机钙钛矿光电探测器的制备方法主要包括以下步骤：
D1，提供一个带有ITO导电层的玻璃基底，并对所述玻璃基底进行清洗。
具体地，提供一个带有ITO导电层的玻璃基底，依次用清洗剂、丙酮、乙醇和去离子水对所述的玻璃基底进行超声清洗20min，然后用N2气流吹干所述玻璃基底，再对所述玻璃基底进行紫外臭氧处理30min；
D2，在所述ITO导电层上采用蒸镀工艺制备空穴传输层。
具体地，在所述ITO导电层上采用蒸镀工艺制备CuPc空穴传输层，整个过程在压强小于9×10-4Pa的高真空腔室内进行，CuPc蒸发速率为
CuPc层厚度为10nm。
D3，用连续蒸镀工艺在空穴传输层上制备CsPbBr3钙钛矿薄膜。
具体地，在所述CuPc空穴传输层上通过连续蒸镀工艺制备CsPbBr3钙钛矿薄膜，其是通过连续蒸镀PbBr2前驱体层和CsBr前驱体层制备而成的，整个制备过程在压强小于9×10-4Pa的高真空腔室内进行。
本实施方式中，首先，在所述CuPc层上蒸镀200nm厚的PbBr2前驱体层，再蒸镀150nm厚的CsBr前驱体层，通过精细调节CsBr层与CsBr层的厚度来实现对CsPbBr3钙钛矿薄膜成分的精确控制，其中，PbBr2层与CsBr层的蒸发速率均控制在
最后，在空气中以265℃对CsPbBr3钙钛矿薄膜进行退火10min促进薄膜充分结晶。
D4，采用蒸镀工艺在CsPbBr3钙钛矿薄膜上沉积修饰层以对CsPbBr3钙钛矿薄膜缺陷进行钝化。
具体地，在所述CsPbBr3层上采用蒸镀工艺制备MoOx修饰层，整个过程在压强小于9×10-4Pa的高真空腔室内进行，MoOx蒸发速率控制在
MoOx层厚度为8nm。
D5，采用蒸镀工艺在修饰层上沉积Ag电极层，由此完成所述光电探测器的制备。
具体地，在所述MoOx修饰层上通过蒸镀工艺制备Ag电极层，蒸发速率控制在
Ag电极层厚度控制在120nm，整个制备过程是在压强小于9×10-4Pa的高真空腔室内进行的。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种全无机钙钛矿光电探测器，其特征在于：
所述光电探测器为沿自身厚度方向堆叠的层状结构，其包括玻璃基底、CuPc空穴传输层、CsPbBr3钙钛矿薄膜、MoOx修饰层及Ag电极层，所述玻璃基底包括基底及形成在所述基底上的ITO导电层；所述CuPc空穴传输层形成在所述ITO导电层上；所述CsPbBr3钙钛矿薄膜形成在所述CuPc空穴传输层表面上；所述MoOx修饰层形成在所述CsPbBr3钙钛矿薄膜上；所述Ag电极层形成在所述MoOx修饰层上。
2.如权利要求1所述的全无机钙钛矿光电探测器，其特征在于：所述CsPbBr3钙钛矿薄膜由依次蒸镀的PbBr2前驱体层、CsBr前驱体层在退火下反应生成的。
3.如权利要求2所述的全无机钙钛矿光电探测器，其特征在于：PbBr2层的厚度为150～200nm，CsBr层的厚度为115～150nm。
4.如权利要求1所述的全无机钙钛矿光电探测器，其特征在于：所述CuPc空穴传输层的厚度为6～10nm。
5.如权利要求1所述的全无机钙钛矿光电探测器，其特征在于：所述MoOx修饰层的厚度为4～8nm。
6.如权利要求1-5任一项所述的全无机钙钛矿光电探测器，其特征在于：所述Ag电极层的厚度为110～120nm。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的全无机钙钛矿光电探测器的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)提供玻璃基底，在所述玻璃基底的ITO导电层上采用蒸镀工艺制备CuPc空穴传输层；
(2)用连续蒸镀工艺在CuPc空穴传输层上制备CsPbBr3钙钛矿薄膜；
(3)采用蒸镀工艺在CsPbBr3钙钛矿薄膜上沉积MoOx修饰层；
(4)采用蒸镀工艺在MoOx修饰层上沉积Ag电极层，由此完成所述光电探测器的制备。
8.如权利要求7所述的全无机钙钛矿光电探测器的制备方法，其特征在于：CuPc空穴传输层的制备是在压强小于9×10-4Pa的真空腔室内进行的，采用的蒸发速率为
9.如权利要求7所述的全无机钙钛矿光电探测器的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，首先，在所述CuPc空穴传输层上蒸镀PbBr2前驱体层，再蒸镀CsBr前驱体层；最后，在空气中以250～270℃进行退火7-10min以得到CsPbBr3钙钛矿薄膜；其中，PbBr2层与CsBr层的蒸发速率均为
10.如权利要求7所述的全无机钙钛矿光电探测器的制备方法，其特征在于：步骤(4)是在压强小于9×10-4Pa的真空腔室内进行的，采用的蒸发速率为
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010195860.0A CN111403539A (zh) | 2020-03-19 | 2020-03-19 | 一种全无机钙钛矿光电探测器及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010195860.0A CN111403539A (zh) | 2020-03-19 | 2020-03-19 | 一种全无机钙钛矿光电探测器及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111403539A true CN111403539A (zh) | 2020-07-10 |
Family
ID=71431017
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010195860.0A Pending CN111403539A (zh) | 2020-03-19 | 2020-03-19 | 一种全无机钙钛矿光电探测器及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111403539A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112331740A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-02-05 | 华中科技大学 | 旋涂-蒸发两步法的无机钙钛矿太阳能电池的制备方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020086791A1 (en) * | 2000-08-07 | 2002-07-04 | Enrique Iglesia | Knowledge-based process for the development of materials |
| CN103872248A (zh) * | 2014-03-27 | 2014-06-18 | 武汉大学 | 一种钙钛矿薄膜光伏电池及其制备方法 |
| CN106784341A (zh) * | 2017-01-20 | 2017-05-31 | 电子科技大学中山学院 | 一种钙钛矿太阳能电池光活性层的微波退火处理方法 |
| CN106910798A (zh) * | 2017-04-06 | 2017-06-30 | 华中科技大学 | 一种无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
| WO2017195191A8 (en) * | 2016-05-08 | 2018-12-27 | Yeda Research And Development Co. Ltd. | PROCESS FOR THE PREPARATION OF HALIDE PIERVSKITE AND MATERIALS RELATED TO PEROVSKITE |
| CN109273612A (zh) * | 2018-11-10 | 2019-01-25 | 济南大学 | CsPbBr3钙钛矿电池的连续气相沉积制备方法 |
-
2020
- 2020-03-19 CN CN202010195860.0A patent/CN111403539A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020086791A1 (en) * | 2000-08-07 | 2002-07-04 | Enrique Iglesia | Knowledge-based process for the development of materials |
| CN103872248A (zh) * | 2014-03-27 | 2014-06-18 | 武汉大学 | 一种钙钛矿薄膜光伏电池及其制备方法 |
| WO2017195191A8 (en) * | 2016-05-08 | 2018-12-27 | Yeda Research And Development Co. Ltd. | PROCESS FOR THE PREPARATION OF HALIDE PIERVSKITE AND MATERIALS RELATED TO PEROVSKITE |
| CN106784341A (zh) * | 2017-01-20 | 2017-05-31 | 电子科技大学中山学院 | 一种钙钛矿太阳能电池光活性层的微波退火处理方法 |
| CN106910798A (zh) * | 2017-04-06 | 2017-06-30 | 华中科技大学 | 一种无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
| CN109273612A (zh) * | 2018-11-10 | 2019-01-25 | 济南大学 | CsPbBr3钙钛矿电池的连续气相沉积制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| WEIWEI CHEN等: "Surface‐Passivated Cesium Lead Halide Perovskite Quantum Dots: Toward Efficient Light‐Emitting Diodes with an Inverted Sandwich Structure", 《ADVANCED OPTICAL MATERIALS》 * |
| 魏香凤 等: "通过溶剂工程实现无电子传输层的全室温半透明钙钛矿太阳能电池", 《第六届新型太阳能电池材料科学与技术学术研讨会论文集》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112331740A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-02-05 | 华中科技大学 | 旋涂-蒸发两步法的无机钙钛矿太阳能电池的制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107369763B (zh) | 基于Ga2O3/钙钛矿异质结的光电探测器及其制备方法 | |
| CN105609641B (zh) | 一种钙钛矿型太阳能电池及其制备方法 | |
| CN109713058A (zh) | 表面等离激元增强的氧化镓紫外探测器及其制备方法和应用 | |
| CN110676339B (zh) | 一种氧化镓纳米晶薄膜日盲紫外探测器及其制备方法 | |
| CN109841703B (zh) | 一种全无机钙钛矿光电探测器及其制备方法 | |
| CN111540791A (zh) | 太阳电池及其制作方法 | |
| CN111430483A (zh) | 光电探测器及其制作方法、光电探测系统 | |
| CN110416333B (zh) | 一种紫外光电探测器及其制备方法 | |
| CN111403539A (zh) | 一种全无机钙钛矿光电探测器及其制备方法 | |
| CN111969113A (zh) | 一种钙钛矿薄膜形貌的调控方法及其应用 | |
| CN109449247B (zh) | 锡掺杂氧化钼薄膜、基于锡掺杂氧化钼薄膜的宽光谱光电探测器阵列及其制备方法 | |
| CN114050218A (zh) | 一种基于二维钙钛矿的紫外光电探测器 | |
| CN106684179A (zh) | 一种硒化锑双结薄膜太阳能电池及其制备方法 | |
| CN117577728A (zh) | 一种高缺陷n型非晶硅锗层的可调波段硫硒化锑光电探测器及其制备方法 | |
| CN117440741A (zh) | 一种半透明钙钛矿太阳电池及其制备方法 | |
| CN112951933A (zh) | 室温脉冲激光沉积法制备铜锌锡硫/硫化铋薄膜异质结 | |
| CN102312201A (zh) | 一种Al掺杂的氧化锌透明导电薄膜的制备方法 | |
| CN109935652B (zh) | 一种CdTe纳米晶太阳电池及其制备方法 | |
| CN111403605A (zh) | 一种自供能钙钛矿光电探测器及其制备方法 | |
| CN110098331B (zh) | 一种表面钝化处理的CdTe纳米晶薄膜及其表面钝化处理方法与应用 | |
| CN113745405A (zh) | 一种钙钛矿薄膜的制备方法及其太阳能电池 | |
| CN108682747B (zh) | 一种双异质结钙钛矿光电器件及其制备方法 | |
| KR101971398B1 (ko) | 양면수광형 CdS/CdTe 박막태양전지 및 그 제조방법 | |
| CN114792760A (zh) | 一种具有钙钛矿同轴异质一维纳米线阵列的光电器件及其制备方法 | |
| CN112310242A (zh) | PbS薄膜的敏化方法、红外光电探测器及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200710 |