CN112117380A - 一种基于钙钛矿单晶薄膜的超快光电探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于钙钛矿单晶薄膜的超快光电探测器，属于光电探测器技术领域。本发明的基于钙钛矿单晶薄膜的超快光电探测器包括依次层叠设置的衬底层、背电极层、第一载流子传输层、界面修饰层、光吸收层、第二载流子传输层、顶电极层和封装层；其中，所述的光吸收层为单晶钙钛矿薄膜。本发明的单晶钙钛矿超快光电探测器具有超快的响应速度、极高的光电转换效率及较强的稳定性，制备方法简单，成本低，而且重复性好，可以实现小面积器件阵列，充分利用了钙钛矿单晶薄膜自身的性能优势，在光电通信等领域中具有十分潜在的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于钙钛矿单晶薄膜的超快光电探测器，属于光电探测器技术领域。
背景技术
有机-无机杂化钙钛矿材料是近年来一种新起的光电材料，其成本低廉，能带带隙合适且属于直接带隙材料，具有极长的载流子扩散长度及极强的光吸收能力，同时，钙钛矿材料具有优良的双极性载流子输运特性，有望实现高性能光电探测器。此外，钙钛矿材料可通过溶液法加工，制备条件温和，与衬底具有优异的兼容性，适合于高性能低成本钙钛矿光电探测器的应用。然而，目前已经报道的基于溶液法制备的钙钛矿薄膜多为多晶薄膜，成膜过程中引入的晶界、孔洞、结构缺陷等会严重降低其光电性能。最为明显的缺陷是多晶钙钛矿薄膜载流子迁移率较低，大幅度降低了其光生载流子扩散长度，且内部的缺陷会产生电荷陷阱，导致其光电响应/恢复速度较慢，目前已报道的基于钙钛矿多晶薄膜的光电探测器响应/恢复时间大多在几十～几千纳秒范围内，很难满足其在光通信等应用场合GHz以上的速度要求(响应时间＜1ns)。因此，如何获得超快钙钛矿光电探测器是限制其在光通信等领域应用所面临的主要挑战。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种基于钙钛矿单晶薄膜的超快光电探测器，利用单晶钙钛矿薄膜的高载流子迁移率与低缺陷密度，可实现光生载流子的快速分离与传输，以实现超快响应速度，克服了多晶钙钛矿薄膜光电探测器响应速度较慢的关键应用瓶颈。
本发明的第一个目的是提供一种基于钙钛矿单晶薄膜的超快光电探测器，包括依次层叠设置的衬底层、背电极层、第一载流子传输层、界面修饰层、光吸收层、第二载流子传输层、顶电极层和封装层；其中，所述的光吸收层为单晶钙钛矿薄膜。
进一步地，所述的第一载流子传输层和第二载流子传输层分别为空穴传输材料和电子传输材料，且第一载流子传输层和第二载流子传输层不能同时为空穴传输材料或电子传输材料。
进一步地，所述的空穴传输材料为氧化镍(NiOx)、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)、4-丁基-N,N-二苯基苯胺均聚物(Poly-TPD)、聚(9,9-二辛基芴-CO-N-(4-丁基苯基)二苯胺)(TFB)中的一种，所述的电子传输材料为二氧化钛(TiO2)、富勒烯(C60)、[6.6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)、双PCBM(BisPCBM)、C60衍生物(ICBA)中的一种。
进一步地，所述的界面修饰层为聚[(9,9-二(3'-(N,N-二甲氨基)丙基)芴基-2,7-二基)-alt-[(9,9-二正辛基芴基-2,7-二基)、硫氰酸亚铜(CuSCN)、带有氨基的乙二胺、氯化铵中的一种。
进一步地，所述的背电极层为柔性透明电极，所述的柔性透明电极为ITO电极、银纳米线电极、金属网栅电极、石墨烯电极中的一种。
进一步地，所述的顶电极层为硬掩膜蒸镀电极，所述的硬掩膜蒸镀电极为银金属电极、铝金属电极、MoO3/Au/Ag/Alq3电极、LiF/Al/Ag/NPB电极中的一种。
进一步地，所述的衬底层为玻璃、聚对苯二甲酸类塑料(PET)或聚酰亚胺(PI)中的一种。
进一步地，所述的背电极层的厚度为20-200nm，所述的第一载流子传输层或第二载流子传输层的厚度为10-100nm，所述的光吸收层的厚度为500nm-5μm，所述的顶电极层的厚度为100-200nm。
本发明的第二个目的是提供所述的基于钙钛矿单晶薄膜的超快光电探测器的制备方法，包括如下步骤：
S1、在清洗好的衬底上生长背电极层，并对背电极层进行图形化，获得背电极图案；
S2、采用热蒸镀法或溶液法制备第一载流子传输层，旋涂至背电极层上之后进行退火处理形成第一载流子传输层；
S4、采用溶液法制备界面修饰层，将含有界面修饰材料的前驱体旋涂在第一载流子传输层上之后进行退火结晶处理形成界面修饰层；
S5、采用空间限制法制备光吸收层：配制钙钛矿单晶生长的前驱体溶液，滴至界面修饰层上，并在上面覆盖另一块包含界面修饰层的衬底来限制晶体一维生长，升温至晶体生长温度，生长结束后去除覆盖的衬底，自然降温形成钙钛矿单晶薄膜；
S6、采用热蒸镀法或溶液法制备第二载流子传输层，旋涂至光吸收层上之后进行退火处理形成第二载流子传输层；
S7、采用热蒸镀法在第二载流子传输层表面制备顶电极层；
S8、表面沉积封装层，制备得到所述的基于钙钛矿单晶薄膜的超快光电探测器。
进一步地，所述的晶体生长温度为100℃，升温速率为5℃。
本发明的有益效果：
(1)本发明利用单晶钙钛矿薄膜的高载流子迁移率与低缺陷密度，可实现光生载流子的快速分离与传输，以实现超快响应速度，克服了多晶钙钛矿薄膜光电探测器响应速度较慢的关键应用瓶颈；
(2)本发明利用单晶钙钛矿薄膜较长的扩散长度，降低体内的光生载流子复合，大幅度提升光生载流子寿命，从而可以实现高响应度，在提升响应/恢复速度的同时，提升光探测能力；
(3)本发明单晶钙钛矿薄膜中缺陷密度较低，其内部对光生载流子的陷阱等作用较弱，相比于多晶钙钛矿薄膜具有更高的电学稳定性，有望可实现高稳定性钙钛矿光电探测器。
本发明的单晶钙钛矿超快光电探测器具有超快的响应速度、极高的光电转换效率及较强的稳定性，制备方法简单，成本低，而且重复性好，可以实现小面积器件阵列，充分利用了钙钛矿单晶薄膜自身的性能优势，在光电通信等领域中具有十分潜在的应用价值。
附图说明
图1为本发明中基于钙钛矿单晶薄膜的超快光电探测器的侧面结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明提出了一种基于钙钛矿单晶薄膜的超快光电探测器，采用高质量低缺陷单晶钙钛矿薄膜代替传统溶液法制备获得的多晶钙钛矿薄膜，图1为本发明中基于钙钛矿单晶薄膜的超快光电探测器结构示意图，器件结构从下到上依次包括：①衬底，起到衬底层的作用，并根据入射方式的不同对其透光率有不同的要求，若为背入射，需要其具有较高的透光率；②电极，作为背电极层，用于外加偏压，实现光生载流子的收集，同时与衬底一样，根据入射方式的不同对其透光率有不同的要求，若为背入射，需要其具有较高的透光率；③(第一)载流子传输层，位于背电极层与钙钛矿光吸收层之间，起到载流子传输的作用，也可起到相反载流子的阻挡作用；④界面修饰层，位于第一载流子传输层与钙钛矿光吸收层之间，起到辅助钙钛矿单晶薄膜生长的作用，同时，该界面修饰层应不影响载流子的传输；⑤单晶钙钛矿薄膜，作为光吸收层，外部光子作用下会产生光生载流子以实现对光学信号的检测，利用单晶钙钛矿薄膜的低缺陷密度、高载流子迁移率、长扩散长度及电学稳定性，实现超快响应速度、高响应度及高稳定性；⑥(第二)载流子传输层，位于钙钛矿单晶薄膜上方，起到载流子传输的作用，也可起到相反载流子的阻挡作用；⑦电极，作为顶电极层，用于外加偏压，实现光生载流子的收集，同时，根据入射方式的不同对其透光率有不同的要求，若为顶入射，需要其具有较高的透光率；⑧封装层，用于对器件进行封装，避免空气、水分及后续工艺对钙钛矿光敏层及器件的损伤。
此外，本发明在载流子传输层和单晶钙钛矿薄膜之间引入界面修饰层，有助于实现更好的单晶钙钛矿薄膜，主要是载流子传输层界面上由于晶格匹配、界面缺陷等因素很难直接形成低缺陷密度高质量单晶钙钛矿薄膜，引入结构接近、性质接近的材料作为界面修饰层，有助于获得高质量单晶钙钛矿薄膜。
实施例1：
本发明提出的基于钙钛矿单晶薄膜的超快光电探测器在该实施例中采用背入射的PIN器件结构，具体制备步骤包括：
(1)选取玻璃透明衬底，采用标准工艺对其进行清洗，烘干备用；
(2)将清洗好的衬底转移至生长设备中制备氧化铟锡(ITO)透明电极层，并采用光刻和刻蚀等标准化工艺对其进行图形化，获得底电极图案；
(3)选取聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)为空穴传输层：配置PTAA的甲苯前驱体，将质量比为10:1的PTAA/F4TCNQ混合粉末溶解于甲苯中，浓度为10mg/mL，以4000rpm的转速旋涂于基底上，旋涂时间为40s，置于100℃热板上加热10min以退火结晶。
(4)选取聚[(9,9-二(3'-(N,N-二甲氨基)丙基)芴基-2,7-二基)-alt-[(9,9-二正辛基芴基-2,7-二基)(PFN)为界面修饰层：配置PFN的甲醇前驱体，浓度为0.5mg/mL，以4000rpm的转速旋涂于基底上，旋涂时间为40s，置于100℃热板上加热10min以退火结晶。
(5)采用空间限域法或者晶种模板法可控制备钙钛矿单晶薄膜，注意，为了最小化空气中水分及氧气对钙钛矿的退化作用，该步骤必须在手套箱内完成。对空间限域法而言，首先，配置钙钛矿单晶生长的前驱体溶液(可为MAI和PbI2等摩尔比溶解于GBL中，浓度为1.5M)，其次将100μL前驱体溶液滴至步骤4所获得的衬底上，并将同样的衬底覆盖至该衬底上，在物理上限制了晶体的一维生长，以一定的升温速度升温至晶体生长所需温度(升温速率为5℃/hr，生长温度为100℃)，生长结束后将两个衬底分离，并自然降温至室温，形成钙钛矿单晶薄膜；
(5)选取C60/BCP为电子传输层：采用热蒸镀法制备C60/BCP电子传输层，蒸镀速率为
厚度分别为50nm/5nm；
(7)采用硬掩膜定义顶电极，热蒸镀法制备厚度为100nm的银电极，形成金属电极；
(8)采用低温等离子体化学气相沉积法制备(聚合物/氮化硅)x封装层，厚度为1微米，即可获得背入射的PIN结构单晶钙钛矿光电探测器。
实施例2：
本发明提出的基于钙钛矿单晶薄膜的超快光电探测器在该实施例中采用正面入射的PIN器件结构，具体制备步骤包括：
(1)选取硅衬底或已加工处理电路的衬底，采用标准工艺对其进行清洗，烘干备用；
(2)将清洗好的衬底转移至生长设备中制备电极层，可选取与标准CMOS或者TFT工艺兼容的电极层，包括：与标准CMOS工艺兼容的TiN、Cu、W等电极，以及与TFT工艺兼容的Mo、ITO等电极层，并按照设计好的图案对其进行图案化，典型的电极厚度为20-200nm；
(3)选取聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)为空穴传输层：配置PTAA的甲苯前驱体，将质量比为10:1的PTAA/F4TCNQ混合粉末溶解于甲苯中，浓度为10mg/mL，以4000rpm的转速旋涂于基底上，旋涂时间为40s，置于100℃热板上加热10min以退火结晶。
(4)选取聚[(9,9-二(3'-(N,N-二甲氨基)丙基)芴基-2,7-二基)-alt-[(9,9-二正辛基芴基-2,7-二基)(PFN)为界面修饰层：配置PFN的甲醇前驱体，浓度为0.5mg/mL，以4000rpm的转速旋涂于基底上，旋涂时间为40s，置于100℃热板上加热10min以退火结晶。
(5)采用空间限域法或者晶种模板法可控制备钙钛矿单晶薄膜，注意，为了最小化空气中水分及氧气对钙钛矿的退化作用，该步骤必须在手套箱内完成。对空间限域法而言，首先，配置钙钛矿单晶生长的前驱体溶液(可为MAI和PbI2等摩尔比溶解于GBL中，浓度为1.5M)，其次将100μL前驱体溶液滴至步骤4所获得的衬底上，并将同样的衬底覆盖至该衬底上，在物理上限制了晶体的一维生长，以一定的升温速度升温至晶体生长所需温度(升温速率为5℃/hr，生长温度为100℃)，生长结束后将两个衬底分离，并自然降温至室温，形成钙钛矿单晶薄膜；
(5)选取C60/BCP为电子传输层：采用热蒸镀法制备C60/BCP电子传输层，蒸镀速率为
厚度分别为50nm/5nm；
(7)硬掩膜蒸镀“介质-金属-介质”结构LiF(1nm)/Al(1.5nm)/Ag(15nm)/NPB(70nm)透明电极，蒸镀速率分别为
(8)采用低温等离子体化学气相沉积法制备(聚合物/氮化硅)x封装层，厚度为1微米，即可获得背入射的PIN结构单晶钙钛矿光电探测器。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种基于钙钛矿单晶薄膜的超快光电探测器，其特征在于，包括依次层叠设置的衬底层、背电极层、第一载流子传输层、界面修饰层、光吸收层、第二载流子传输层、顶电极层和封装层；其中，所述的光吸收层为单晶钙钛矿薄膜。
2.根据权利要求1所述的基于钙钛矿单晶薄膜的超快光电探测器，其特征在于，所述的第一载流子传输层和第二载流子传输层分别为空穴传输材料和电子传输材料，且第一载流子传输层和第二载流子传输层不能同时为空穴传输材料或电子传输材料。
3.根据权利要求2所述的基于钙钛矿单晶薄膜的超快光电探测器，其特征在于，所述的空穴传输材料为氧化镍、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]、4-丁基-N,N-二苯基苯胺均聚物、聚(9,9-二辛基芴-CO-N-(4-丁基苯基)二苯胺)中的一种，所述的电子传输材料为二氧化钛、富勒烯、[6.6]-苯基-C61-丁酸甲酯、双PCBM、C60衍生物中的一种。
4.根据权利要求1所述的基于钙钛矿单晶薄膜的超快光电探测器，其特征在于，所述的界面修饰层为聚[(9,9-二(3'-(N,N-二甲氨基)丙基)芴基-2,7-二基)-alt-[(9,9-二正辛基芴基-2,7-二基)、硫氰酸亚铜、带有氨基的乙二胺、氯化铵中的一种。
5.根据权利要求1所述的基于钙钛矿单晶薄膜的超快光电探测器，其特征在于，所述的背电极层为柔性透明电极，所述的柔性透明电极为ITO电极、银纳米线电极、金属网栅电极、石墨烯电极中的一种。
6.根据权利要求1所述的基于钙钛矿单晶薄膜的超快光电探测器，其特征在于，所述的顶电极层为硬掩膜蒸镀电极，所述的硬掩膜蒸镀电极为银金属电极、铝金属电极、MoO3/Au/Ag/Alq3电极、LiF/Al/Ag/NPB电极中的一种。
7.根据权利要求1所述的基于钙钛矿单晶薄膜的超快光电探测器，其特征在于，所述的衬底层为玻璃、聚对苯二甲酸类塑料或聚酰亚胺中的一种。
8.根据权利要求1所述的基于钙钛矿单晶薄膜的超快光电探测器，其特征在于，所述的背电极层的厚度为20-200nm，所述的第一载流子传输层或第二载流子传输层的厚度为10-100nm，所述的光吸收层的厚度为500nm-5μm，所述的顶电极层的厚度为100-200nm。
9.一种权利要求1-9任一项所述的基于钙钛矿单晶薄膜的超快光电探测器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、在清洗好的衬底上生长背电极层，并对背电极层进行图形化，获得背电极图案；
S2、采用热蒸镀法或溶液法制备第一载流子传输层，旋涂至背电极层上之后进行退火处理形成第一载流子传输层；
S4、采用溶液法制备界面修饰层，将含有界面修饰材料的前驱体旋涂在第一载流子传输层上之后进行退火结晶处理形成界面修饰层；
S5、采用空间限制法制备光吸收层：配制钙钛矿单晶生长的前驱体溶液，滴至界面修饰层上，并在上面覆盖另一块包含界面修饰层的衬底来限制晶体一维生长，升温至晶体生长温度，生长结束后去除覆盖的衬底，自然降温形成钙钛矿单晶薄膜；
S6、采用热蒸镀法或溶液法制备第二载流子传输层，旋涂至光吸收层上之后进行退火处理形成第二载流子传输层；
S7、采用热蒸镀法在第二载流子传输层表面制备顶电极层；
S8、表面沉积封装层，制备得到所述的基于钙钛矿单晶薄膜的超快光电探测器。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的晶体生长温度为100℃，升温速率为5℃。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113921719A (zh) * | 2021-09-30 | 2022-01-11 | 河北大学 | 硅基有机-无机钙钛矿异质结光电探测器及其制备方法 |
| CN114447231A (zh) * | 2021-11-15 | 2022-05-06 | 电子科技大学 | 一种图案化单晶钙钛矿阵列薄膜的制备方法与应用 |
| WO2023010745A1 (zh) * | 2021-08-05 | 2023-02-09 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | p-i-n结构钙钛矿基X光探测器及其制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105957970A (zh) * | 2016-05-30 | 2016-09-21 | 哈尔滨工业大学 | 一种大尺寸单晶钙钛矿薄膜的制备方法 |
| CN108842185A (zh) * | 2018-06-06 | 2018-11-20 | 太原理工大学 | 一种用于光电探测的甲胺铅碘钙钛矿单晶薄片 |
| CN111162175A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-05-15 | 电子科技大学 | 基于空穴传输层界面优化的钙钛矿光电探测器及制备方法 |
| CN111341913A (zh) * | 2020-03-09 | 2020-06-26 | 吉林大学 | 一种灵敏且稳定的二维钙钛矿单晶x射线探测器及其制备方法 |
-
2020
- 2020-08-26 CN CN202010873113.8A patent/CN112117380A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105957970A (zh) * | 2016-05-30 | 2016-09-21 | 哈尔滨工业大学 | 一种大尺寸单晶钙钛矿薄膜的制备方法 |
| CN108842185A (zh) * | 2018-06-06 | 2018-11-20 | 太原理工大学 | 一种用于光电探测的甲胺铅碘钙钛矿单晶薄片 |
| CN111162175A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-05-15 | 电子科技大学 | 基于空穴传输层界面优化的钙钛矿光电探测器及制备方法 |
| CN111341913A (zh) * | 2020-03-09 | 2020-06-26 | 吉林大学 | 一种灵敏且稳定的二维钙钛矿单晶x射线探测器及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ZHAOLAI CHEN 等: ""Thin single crystal perovskite solar cells to harvest below-bandgap light absorption"", 《NATURE COMMUNICATIONS》, vol. 8 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023010745A1 (zh) * | 2021-08-05 | 2023-02-09 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | p-i-n结构钙钛矿基X光探测器及其制备方法 |
| CN113921719A (zh) * | 2021-09-30 | 2022-01-11 | 河北大学 | 硅基有机-无机钙钛矿异质结光电探测器及其制备方法 |
| CN114447231A (zh) * | 2021-11-15 | 2022-05-06 | 电子科技大学 | 一种图案化单晶钙钛矿阵列薄膜的制备方法与应用 |
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