CN112582546A - ABX3型钙钛矿多晶片X-Ray光电成像器件 - Google Patents

ABX3型钙钛矿多晶片X-Ray光电成像器件 Download PDF

Info

Publication number
CN112582546A
CN112582546A CN202011476488.7A CN202011476488A CN112582546A CN 112582546 A CN112582546 A CN 112582546A CN 202011476488 A CN202011476488 A CN 202011476488A CN 112582546 A CN112582546 A CN 112582546A
Authority
CN
China
Prior art keywords
transport layer
perovskite
metal electrode
preparation
electron transport
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
Application number
CN202011476488.7A
Other languages
English (en)
Inventor
常晶晶
刘梦雨
林珍华
苏杰
郝跃
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xidian University
Original Assignee
Xidian University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xidian University filed Critical Xidian University
Priority to CN202011476488.7A priority Critical patent/CN112582546A/zh
Publication of CN112582546A publication Critical patent/CN112582546A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/80—Constructional details
    • H10K30/81—Electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/10—Deposition of organic active material
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/30—Coordination compounds
    • 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
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells
    • 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

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

本发明公开了一种ABX3型钙钛矿材料的X‑Ray光电成像器件，主要解决现有成像器件的工艺制作成本高，制作周期长，不宜直接成像的问题。其自下而上包括，底部金属电极(1)、空穴传输层(2)、钙钛矿转换层(3)、电子传输层(4)和顶部金属电极(5)，其中，底部金属电极和顶部金属电极均采用厚度相同、间隔为0.5mm‑1.5mm的条形结构，以在两者之间形成5×5的像素点；空穴传输层采用有机空穴传输层材料；钙钛矿转换层采用有机无机杂化材料；电子传输层采用PCBM电子传输层材料。本发明提高了对X‑Ray的光探测率，降低了制作成本和周期，便于在金属电极上直接成像，可用于射线测量和探测、医疗和安防探测成像。

Description

ABX3型钙钛矿多晶片X-Ray光电成像器件
技术领域
本发明属于电子器件技术领域，更进一步涉及一种ABX3型钙钛矿材料的X-Ray光电成像器件，可用于射线测量和探测、医疗X探测成像、安防X探测成像。
背景技术
光电成像器件作为在光电信息技术领域重要的传感器件，具有将光信号转变为电信号的功能，具有体积小、能耗低、可集成度高等优点,在安防，医学，科学研究领域以及日常生活中都有着广泛的应用，例如成像传感、环境监测、国防军工等。传统的光电成像器件的原理主要是利用外光电导或内光电导效应，探测器中的电子直接吸收光子的能量，产生光生载流子，改变光生载流子的动能和运动状态，从而产生电信号，在光电二极管阵列上产生不同大小的电流密度，从而达到成像效果。钙钛矿作为近年来备受追捧的光电转换材料，除去可以用于制备超高效的光电池外，这种奇妙的晶体还有另外一个最有发展潜力的用途，那就是用于X射线成像，与目前已商用的X射线成像仪相比，基于钙钛矿化合物的器件的灵敏度高，且能耗低，在某些特定的应用中，还可以对材料进行调整，使其在被辐射时发出彩色光。
三星电子和韩国高校组成的研究团队展示了首个多晶钙钛矿薄膜和多晶硅TFT阵列组成的高像素成像系统，并且获得了比多晶硒成像系统更高的灵敏度和更低的成像剂量。但是由于其采用了薄膜晶体管TFT阵列和复杂的衬底接触工艺，使器件制作工艺成本增加，制作周期延长，不方便直接成像。
浙江大学杨旸教授课题组在其发表的论文“Perovskite semiconductors fordirect X-ray detection and imaging(J.Semicond.2020,41(5):051204)”中通过单像素扫描或低集成度的阵列制备了成像器件，实现了X射线的直接成像，验证了钙钛矿材料作为直接转换层进行成像的可行性。然而阵列的引入仍然受到实验条件的制约，增加了器件制备的难度，影响器件成膜质量，使得直接成像效果并不明显。
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，提供一种基于热压工艺的有机ABX3型钙钛矿多晶片X-Ray光电成像器件，以降低现有的成像器件的工艺制作成本，减少制作周期，方便直接成像。
实现本发明的具体思路是，利用钙钛矿材料作为光电成像探测器的直接光吸收层具有直接带隙能带、吸收系数大、载流子寿命长、扩散长度长的优点，采用热压法工艺快速制备厚度在1mm左右的钙钛矿多晶片，以提高对X-Ray的光探测率，并能有效降低暗电流；通过在转换层上下分别旋涂电子传输层和空穴传输层，以快速提高电荷移动速率，提高光响应度；通过在传输层上交叉垂直蒸镀金属电极，形成5×5的像素点，便于在金属电极上直接成像。
根据上述思路，本发明的有机ABX3型钙钛矿多晶片X-Ray光电成像器件，自下而上包括，底部金属电极、空穴传输层、钙钛矿转换层、电子传输层，顶部金属电极，其特征在于：
所述底部金属电极和所述顶部金属电极，均采用间隔为0.5mm-1.5mm的条形结构，且厚度相同；
所述空穴传输层采用2,2’,7,7’-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴材料或聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]材料中的一种；
所述钙钛矿转换层，采用MAPbI3、FAPbI3、CsPbI3或MAxFAyPbI3材料中的一种；
所述电子传输层采用[6，6]－苯基－C61－丁酸异甲酯([60]PCBM)材料或[6，6]－苯基－C71－丁酸异甲酯([70]PCBM)材料的一种。
作为优选，所述底部金属电极和所述顶部金属电极的电极厚度均为100～300nm。
作为优选，所述空穴传输层的厚度为50-100nm；
作为优选，所述钙钛矿转换层的厚度为0.9mm-1.2mm；
作为优选，所述电子传输层的厚度为50-100nm。
根据上述思路，本发明制备有机ABX3型钙钛矿多晶片X-Ray光电成像器件的方法，给出如下两种技术方案：
方案1，一种有机ABX3型钙钛矿多晶片X-Ray光电成像器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)制备钙钛矿转换层：
1a)将MAI、FAI、CsI中的任一种固体粉末与PbI2、PbBr2、PbCl2中的任一种固体粉末按照1.15:1的质量比混合并充分研磨,生成ABX3型钙钛矿固体粉末；
1b)将研磨生成后的ABX3型钙钛矿固体粉末放入模具中进行固定，再将模具放入热压机中，设置热压机压强为6-10MPa，上、下热台温度均为120-180℃，热反应时间为1-1.5小时，同时打开热压机冷凝水装置，进行热反应制备出钙钛矿多晶片；
2)制备电子传输层：
2a)取40mg[6，6]－苯基－C61－丁酸异甲酯([60]PCBM)材料，添加到2ml的氯苯中充分搅拌后，得到电子传输层前驱体溶液；
2b)从配制好的电子传输层前驱体溶液中取80μL，采用匀胶机设备以3000rpms转速旋涂于制备好的钙钛矿吸收层的上层，旋涂20s后静置2-3min，完成电子传输层的制备；
3)制备空穴传输层：
3a)取90mg2,2’,7,7’-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴材料，18μL520mg/ml的Li-TFSI材料，29μL的100mg/ml的FK209材料和29μL的4-叔丁基吡啶材料，并将这四种材料添加到1ml的氯苯中充分混合搅拌后，得到空穴传输层前驱体溶液；
3b)从配制好的空穴传输层前驱体溶液中取80μL，采用匀胶机设备以4000rpms转速旋涂于制备好的钙钛矿吸收层的下层，旋涂时间为30s，旋涂完成后静置2-3min，完成空穴传输层的制备；
4)制备顶部金属电极：
使用真空镀膜仪，设置腔室真空度低于10-5Pa，以
Figure BDA0002835630230000031
的速率在上层电子传输层上蒸镀水平金属条形电极,完成顶部电极的制备；
5)制备底部金属电极：
使用真空镀膜仪，设置腔室真空度低于10-5Pa，以
Figure BDA0002835630230000032
的速率在下层空穴传输层上蒸镀竖直金属条形电极，最终在底部金属电极与顶部金属电极之间形成5×5个重合的像素点，完成器件的制备。
方案2，一种制备有机ABX3型钙钛矿多晶片X-Ray光电成像器件的方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，制备钙钛矿转换层：
将MAI、FAI、CsI中的任一种固体粉末与PbI2、PbBr2、PbCl2中的任一种固体粉末按照1.15:1的质量比混合并充分研磨,生成ABX3型钙钛矿固体粉末；
将研磨生成后的ABX3型钙钛矿固体粉末放入模具中进行固定，再将模具放入热压机中，设置热压机压强为6-10MPa，上、下热台温度均为120-180℃，热反应时间为1-1.5小时，同时打开热压机冷凝水装置，进行热反应制备出钙钛矿多晶片；
第二步，制备电子传输层：
取40mg[6，6]－苯基－C71－丁酸异甲酯([70]PCBM)材料，添加到2ml的氯苯中充分搅拌后，得到电子传输层前驱体溶液；
从配制好的电子传输层前驱体溶液中取80μL，采用匀胶机设备以3000rpms转速旋涂于制备好的钙钛矿吸收层的上层，旋涂20s后静置2-3min，完成电子传输层的制备；
第三步，制备空穴传输层：
取2mg聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]材料溶于1ml的甲苯中，得到聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]溶液；
取40μL聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]溶液，采用匀胶机设备以3000rpm转速旋涂于制备好的钙钛矿吸收层的下层,旋涂时间为30s，旋涂完成后静置2-3min，完成空穴传输层的制备；
第四步，使用真空镀膜仪，设置腔室真空度低于10-5Pa，以
Figure BDA0002835630230000041
的速率在上层电子传输层上蒸镀水平金属条形电极,完成顶部电极的制备；
第五步，使用真空镀膜仪，设置腔室真空度低于10-5Pa，以
Figure BDA0002835630230000042
的速率在下层空穴传输层上蒸镀竖直金属条形电极，完成底部金属电极的制备，最终在底部金属电极与顶部金属电极之间形成5×5个重合的像素点，完成器件的制备。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
第一，本发明采用了热压工艺,制备出大小、形状、厚度可控的钙钛矿多晶压片来替代单晶，解决了单晶生长条件严苛,并存在生长耗时长、尺寸小、形状不规则等问题，该工艺较薄膜工艺和单晶生长工艺具有操作简单、过程可控、制作周期短的优点，且通过X射线衍射图谱可看出采用本发明的热压工艺制备的晶片结晶度较高；
第二，由于本发明同时采用电子传输层和空穴传输层，克服了现有技术采用单一电荷传输层带来的低响应率，并且能有效降低X-Ray的剂量。
第三，由于本发明采用间隔为0.5-1.5mm的金属条形电极，最终在底部金属电极与顶部金属电极之间形成5×5个重合的像素点，便于在本器件上直接成像。
第四，由于本发明采用垂直器件结构，可利用钙钛矿材料特有的光生伏打效应，无需外加电压，进一步提高了直接成像的可行性。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中的金属电极结构示意图；
图3为本发明技术方案一的制备流程图；
图4为本发明技术方案二的制备流程图。
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，本实例的有机ABX3型钙钛矿多晶片X-Ray光电成像器件，采用垂直器件结构，自下而上依次包括底部金属电极1、空穴传输层2、钙钛矿转换层3、电子传输层4，顶部金属电极5；其中：
所述的底部金属电极1和顶部金属电极5均采用间隔为0.5mm-1.5mm的条形结构，其中底部金属电极1呈竖直排布，顶部金属电极5呈水平排布，厚度为100-300nm，材料为Au，如图2所示；
所述的空穴传输层2，采用有机空穴传输层材料中的2,2’,7,7’-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴材料或聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]，厚度为50-100nm；
所述的有机钙钛矿转换层3采用有机无机杂化材料中的MAPbI3或FAPbI3或CsPbI3或MAxFAyPbI3材料，厚度为0.9-1.2mm。
所述的电子传输层4采用PCBM电子传输层材料中的[6，6]－苯基－C61－丁酸异甲酯([60]PCBM)材料或[6，6]－苯基－C71－丁酸异甲酯([70]PCBM)材料，厚度为50-100nm；
所述的空穴传输层2和电子传输层4紧密旋涂在有机钙钛矿转换层3的下层和上层，底部金属电极1和顶部金属电极5无间隙蒸镀在空穴传输层2和电子传输层4上。
制备上述有机ABX3型钙钛矿多晶片X-Ray光电成像器件的方法，给出如下四种实施例：
实施例1，制备钙钛矿转换层为MAPbI3材料，空穴传输层为2,2’,7,7’-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴材料，电子传输层为采用[6，6]－苯基－C61－丁酸异甲酯([60]PCBM)材料的有机ABX3型钙钛矿多晶片X-Ray光电成像器件。
参照图3，本实例的具体实现如下：
步骤1，制备钙钛矿转换层3：
1.1)将白色MAI固体粉末和黄色PbI2固体粉末按照质量比1.15:1比例称取，分别研磨10min后，再将其混合研磨20min，充分反应后生成黑色MAPbI3钙钛矿固体粉末；
1.2)将研磨反应后的ABX3型钙钛矿固体粉末放入模具中固定，后将模具放入热压机中，设置热压机加压6MPa，上、下热台温度均为150℃，热反应时间为1小时，同时打开热压机的冷凝水装置，进行热反应制备出厚度为1mm的钙钛矿多晶片。
步骤2，制备电子传输层4：
2.1)取40mg[6，6]－苯基－C61－丁酸异甲酯([60]PCBM)材料，添加到2ml的氯苯中充分搅拌后，得到电子传输层前驱体溶液；
2.2)从配制好的电子传输层前驱体溶液中取80μL，采用匀胶机设备以3000rpms转速旋涂于制备好的钙钛矿吸收层的上层，旋涂20s后静置2min，完成厚度为100nm的电子传输层的制备；
步骤3：制备空穴传输层2：
3.1)取90mg2,2’,7,7’-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴材料，18μL520mg/ml的Li-TFSI材料，29μL的100mg/ml的FK209材料和29μL的4-叔丁基吡啶材料，并将这四种材料添加到1ml的氯苯中充分混合搅拌后，得到空穴传输层前驱体溶液；
3.2)从配制好的空穴传输层前驱体溶液中取80μL，采用匀胶机设备以4000rpms转速旋涂于制备好的钙钛矿吸收层的下层，旋涂时间为30s，旋涂完成后静置2min，完成厚度为100nm空穴传输层的制备；
步骤4：制备顶部金属电极5：
使用真空镀膜仪，设置腔室真空度低于10-5Pa，以
Figure BDA0002835630230000061
的速率在上层电子传输层4上蒸镀间隔为0.5mm的水平金属条形电极,完成厚度为200nm的顶部电极的制备；
步骤5：制备底部金属电极1：
使用真空镀膜仪，设置腔室真空度低于10-5Pa，以
Figure BDA0002835630230000062
的速率在下层空穴传输层2上蒸镀间隔为0.5mm的竖直金属条形电极，完成厚度为200nm的底部电极的制备，最终在底部金属电极1与顶部金属电极5之间形成5×5个重合的像素点，完成本实例的钙钛矿光电成像器件的制备。
实施例2，制备钙钛矿转换层为CsPbI3，空穴传输层2采用2,2’,7,7’-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴材料，电子传输层为采用[6，6]－苯基－C61－丁酸异甲酯([60]PCBM)材料的有机ABX3型钙钛矿多晶片X-Ray光电成像器件。
参照图3，本实例的具体实现如下：
步骤一，制备钙钛矿转换层3：
1a)将白色CsI固体粉末和黄色PbI2固体粉末按照质量比1.2:1比例称取，分别研磨10min后，再将其混合研磨20min，充分反应后生成黑色CsPbI3钙钛矿固体粉末；
1b)将研磨反应后的钙钛矿固体粉末放入模具中固定，后将模具放入热压机中，设置热压机加压10MPa，上、下热台温度均为180℃，热反应时间为1.5小时，同时打开热压机冷凝水装置，进行热反应制备出厚度为1.1mm的钙钛矿多晶片。
步骤二，制备电子传输层4：
本步骤的具体实施与实施例1的步骤2相同。
步骤三，制备空穴传输层2：
本步骤的具体实施与实施例1的步骤3相同。
步骤四，制备顶部金属电极5：
本步骤的具体实施与实施例1的步骤4相同。
步骤五，制备底部金属电极1：
本步骤的具体实施与实施例1的步骤5相同。
实施例3，制备钙钛矿转换层为FAPbI3材料，空穴传输层为聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]材料，电子传输层4为[6，6]－苯基－C71－丁酸异甲酯([70]PCBM)材料的有机ABX3型钙钛矿多晶片X-Ray光电成像器件。
参照图4，本实例的具体实现如下：
步骤A，制备钙钛矿转换层3：
A1)将白色FAI固体粉末和黄色PbI2固体粉末按照质量比1.2:1比例称取，分别研磨10min后，再将其混合研磨20min，充分反应后生成黑色FAPbI3钙钛矿固体粉末；
A2)将研磨反应后的钙钛矿固体粉末放入模具中固定，后将模具放入热压机中，设置热压机加压8MPa，上、下热台温度均为160℃，热反应时间为1小时，同时打开热压机冷凝水装置，进行热反应制备出厚度为1mm的钙钛矿多晶片。
步骤B,制备电子传输层4：
B1)取40mg[6，6]－苯基－C71－丁酸异甲酯([70]PCBM)材料，添加到2ml的氯苯中充分搅拌后，得到电子传输层前驱体溶液；
B2)从配制好的电子传输层前驱体溶液中取80μL，采用匀胶机设备以3000rpms转速旋涂于制备好的钙钛矿吸收层的上层，旋涂20s后静置2min，完成厚度为80nm的电子传输层的制备；
步骤C,制备空穴传输层2：
C1)取2mg聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]材料溶于1ml的甲苯中，得到聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]溶液；
C2)取40μL聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]溶液，采用匀胶机设备以3000rpm的转速旋涂于制备好的钙钛矿吸收层的下层,旋涂时间为30s，旋涂完成后静置3min，完成厚度为80nm的空穴传输层的制备；
步骤D,制备顶部金属电极5：
使用真空镀膜仪，设置腔室真空度低于10-5Pa，以
Figure BDA0002835630230000071
的速率在上层电子传输层4上蒸镀间隔为0.5mm的水平金属条形电极,完成厚度为200nm的顶部电极的制备；
步骤E,制备底部金属电极1：
使用真空镀膜仪，设置腔室真空度低于10-5Pa，以
Figure BDA0002835630230000072
的速率在下层空穴传输层2上蒸镀间隔为0.5mm的竖直金属条形电极，完成厚度为200nm的底部电极的制备，最终在底部金属电极1与顶部金属电极5之间形成5×5个重合的像素点，完成本实例的钙钛矿光电成像器件的制备。
实施例4，制备钙钛矿转换层为MA0.5FA0.5PbI3材料，空穴传输层为聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]材料，电子传输层为[6，6]－苯基－C71－丁酸异甲酯([70]PCBM)材料的有机ABX3型钙钛矿多晶片X-Ray光电成像器件。
参照图4，本实例的具体实现如下：
第一步：制备钙钛矿功能层3：
首先,将白色FAI和MAI固体混合粉末和黄色PbI2固体粉末按照质量比0.6：0.6:1比例称取，分别研磨10min后，再将混合物研磨20min，充分反应后生成黑色MA0.5FA0.5PbI3钙钛矿固体粉末；
其次,将研磨反应后的黑色固体粉末放入模具中固定，再将模具放入热压机中，设置热压机加压8MPa，上、下热台温度均为165℃，热反应时间为1小时，同时打开热压机的冷凝水装置，进行热反应制备出厚度为1mm的混合物多晶片。
第二步：制备电子传输层4：
本步骤的具体实施与实施例3的步骤B相同。
第三步：制备空穴传输层2：
本步骤的具体实施与实施例3的步骤C相同。
第四步：制备顶部金属电极5:
本步骤的具体实施与实施例3的步骤D相同。
第五步：制备底部金属电极1:
本步骤的具体实施与实施例3的步骤E相同。
以上描述仅是本发明的四个具体实例，并未构成对本发明的任何限制，例如钙钛矿层材料并不局限于实施例中的四种，而是可以采用碘化铯CsI，溴化铯CsBr，氯化铯CsCl这几种无机物与碘化铅PbI2、氯化铅PbCl2和溴化铅PbBr2中的至少两种进行混合配制；也可以将上述无机物和实施例中的有机物固体粉末混合制备；配制空穴传输层前驱体溶液时所采用的空穴传输层材料并不局限于实施例中的两种，还可以采用聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)材料、三苯胺衍生物材料、聚3，4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐材料、聚3-己基噻吩材料、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]材料中任意一种进行配制。显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容的原理后，都可在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的修改，但是这些基于本发明的思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种有机ABX3型钙钛矿多晶片X-Ray光电成像器件，自下而上包括，底部金属电极(1)、空穴传输层(2)、钙钛矿转换层(3)、电子传输层(4)，顶部金属电极(5)；
其特征在于：
所述底部金属电极(1)和所述顶部金属电极(5)，均采用间隔为0.5mm-1.5mm的条形结构，且厚度相同；
所述空穴传输层(2)采用2,2’,7,7’-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴材料或聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]材料中的一种；
所述钙钛矿转换层(3)，采用MAPbI3、FAPbI3、CsPbI3、或MAxFAyPbI3材料中的一种固体多晶片；
所述电子传输层(4)采用[6，6]－苯基－C61－丁酸异甲酯([60]PCBM)材料或[6，6]－苯基－C71－丁酸异甲酯([70]PCBM)材料的任意一种。
2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，底部金属电极(1)和所述顶部金属电极(5)的电极厚度均为100-300nm。
3.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，钙钛矿转换层(3)的厚度为0.9mm-1.2mm。
4.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，电子传输层(4)的厚度为50-100nm。
5.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，空穴传输层(2)的厚度为50-100nm。
6.一种制备有机ABX3型钙钛矿多晶片X-Ray光电成像器件的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)制备钙钛矿转换层(3)：
1a)将MAI、FAI、CsI中的任一种固体粉末与PbI2、PbBr2、PbCl2中的任一种固体粉末按照1.15:1的质量比混合并充分研磨,生成ABX3型钙钛矿固体粉末；
1b)将研磨生成后的ABX3型钙钛矿固体粉末放入模具中进行固定，再将模具放入热压机中，设置热压机压强为6-10MPa，上、下热台温度均为120-180℃，热反应时间为1-1.5小时，同时打开热压机冷凝水装置，进行热反应制备出钙钛矿多晶片；
2)制备电子传输层(4)：
2a)取40mg[6，6]－苯基－C61－丁酸异甲酯([60]PCBM)材料，添加到2ml的氯苯中充分搅拌后，得到电子传输层前驱体溶液；
2b)从配制好的电子传输层前驱体溶液中取80μL，采用匀胶机设备以3000rpms转速旋涂于制备好的钙钛矿吸收层的上层，旋涂20s后静置2-3min，完成电子传输层的制备；
3)制备空穴传输层(2)：
3a)取90mg 2,2’,7,7’-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴材料，18μL520mg/ml的Li-TFSI材料，29μL的100mg/ml的FK209材料和29μL的4-叔丁基吡啶材料，并将这四种材料添加到1ml的氯苯中充分混合搅拌后，得到空穴传输层前驱体溶液；
3b)从配制好的空穴传输层前驱体溶液中取80μL，采用匀胶机设备以4000rpms转速旋涂于制备好的钙钛矿吸收层的下层，旋涂时间为30s，旋涂完成后静置2-3min，完成空穴传输层的制备；
4)制备顶部金属电极(5)：
使用真空镀膜仪，设置腔室真空度低于10-5Pa，以
Figure FDA0002835630220000021
的速率在上层电子传输层(4)上蒸镀水平金属条形电极,完成顶部电极的制备；
5)制备底部金属电极(1)：
使用真空镀膜仪，设置腔室真空度低于10-5Pa，以
Figure FDA0002835630220000022
的速率在下层空穴传输层(2)上蒸镀竖直金属条形电极，最终在底部金属电极(1)与顶部金属电极(5)之间形成5×5个重合的像素点，完成器件的制备。
7.一种制备有机ABX3型钙钛矿多晶片X-Ray光电成像器件的方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，制备钙钛矿转换层(3)：
将MAI、FAI、CsI中的任一种固体粉末与PbI2、PbBr2、PbCl2中的任一种固体粉末按照1.15:1的质量比混合并充分研磨,生成ABX3型钙钛矿固体粉末；
将研磨生成后的ABX3型钙钛矿固体粉末放入模具中进行固定，再将模具放入热压中，设置热压机压强为6-10MPa，上、下热台温度均为120-180℃，热反应时间为1-1.5小时，同时打开热压机冷凝水装置，进行热反应制备出钙钛矿多晶片；
第二步，制备电子传输层(4)：
取40mg[6，6]－苯基－C71－丁酸异甲酯([70]PCBM)材料，添加到2ml的氯苯中充分搅拌后，得到电子传输层前驱体溶液；
从配制好的电子传输层前驱体溶液中取80μL，采用匀胶机设备以3000rpms转速旋涂于制备好的钙钛矿吸收层的上层，旋涂20s后静置2-3min，完成电子传输层的制备；
第三步，制备空穴传输层(2)：
取2mg聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]材料溶于1ml的甲苯中，得到聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]溶液；
取40μL聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]溶液，采用匀胶机设备以3000rpm转速旋涂于制备好的钙钛矿吸收层的下层,旋涂时间为30s，旋涂完成后静置2-3min，完成空穴传输层的制备；
第四步，使用真空镀膜仪，设置腔室真空度低于10-5Pa，以
Figure FDA0002835630220000031
的速率在上层电子传输层(4)上蒸镀水平金属条形电极,完成顶部电极(5)的制备；
第五步，使用真空镀膜仪，设置腔室真空度低于10-5Pa，以
Figure FDA0002835630220000032
的速率在下层空穴传输层(2)上蒸镀竖直金属条形电极，完成底部金属电极(1)的制备，最终在底部金属电极(1)与顶部金属电极(5)之间形成5×5个重合的像素点，完成器件的制备。
CN202011476488.7A 2020-12-15 2020-12-15 ABX3型钙钛矿多晶片X-Ray光电成像器件 Pending CN112582546A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011476488.7A CN112582546A (zh) 2020-12-15 2020-12-15 ABX3型钙钛矿多晶片X-Ray光电成像器件

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011476488.7A CN112582546A (zh) 2020-12-15 2020-12-15 ABX3型钙钛矿多晶片X-Ray光电成像器件

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112582546A true CN112582546A (zh) 2021-03-30

Family

ID=75136230

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011476488.7A Pending CN112582546A (zh) 2020-12-15 2020-12-15 ABX3型钙钛矿多晶片X-Ray光电成像器件

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112582546A (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109904177A (zh) * 2019-01-07 2019-06-18 上海奕瑞光电子科技股份有限公司 一种x射线平板探测器及其制备方法
CN110492000A (zh) * 2019-08-27 2019-11-22 电子科技大学 一种基于海藻酸钠交联光活性层的钙钛矿光电探测器及其制备方法
CN110911566A (zh) * 2019-12-06 2020-03-24 武汉大学 一种基于钙钛矿单晶颗粒复合膜x-射线探测器及其制备方法
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

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109904177A (zh) * 2019-01-07 2019-06-18 上海奕瑞光电子科技股份有限公司 一种x射线平板探测器及其制备方法
CN110492000A (zh) * 2019-08-27 2019-11-22 电子科技大学 一种基于海藻酸钠交联光活性层的钙钛矿光电探测器及其制备方法
CN110911566A (zh) * 2019-12-06 2020-03-24 武汉大学 一种基于钙钛矿单晶颗粒复合膜x-射线探测器及其制备方法
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 (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MINGXIN HU等: ""Large and dense organic-inorganic hybrid perovskite CH3NH3PbI3 wafer fabricated by one-step reactive direct wafer production with high X-ray sensitivity\"", 《APPLIED MATERIALS & INTERFACES》, vol. 12, pages 1 - 6 *
WEICHENG PAN等: "\"Hot-pressed CsPbBr3 quasi-monocrystalline film for sensitive direct X-Ray detection"", 《ADVANCED MATERIALS》, vol. 31, pages 1 - 8 *
YIRONG SU等: "\"perovskite semiconductors for direct X-ray detection and imaging\"", 《JOURNAL OF SEMICONDUCTORS》, vol. 41, no. 5, pages 1 - 3 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Advances in perovskite photodetectors
Hao et al. Recent developments in flexible photodetectors based on metal halide perovskite
Tao et al. A lead-free hybrid iodide with quantitative response to X-ray radiation
US8298855B2 (en) Photoelectric conversion device, imaging device, and process for producing the photoelectric conversion device
Wu et al. Halide Perovskite: A Promising Candidate for Next‐Generation X‐Ray Detectors
US7659499B2 (en) Photoelectric conversion device and solid-state imaging device
US20110095266A1 (en) Photodetector and method for the production thereof
US10340465B2 (en) Perovskite particles for producing X-ray detectors by means of deposition from the dry phase
EP2483925B1 (en) Quantum dot-fullerene junction based photodetectors
US9337437B2 (en) Photoelectric conversion element and imaging device
US20070120045A1 (en) Organic photoelectric conversion device and stack type photoelectric conversion device
Sun et al. Single-crystal perovskite detectors: development and perspectives
US20140225063A1 (en) Quantum dot-fullerene junction based photodetectors
CN109904177A (zh) 一种x射线平板探测器及其制备方法
CN107534050A (zh) 图像传感器、层叠型摄像装置和摄像模块
WO2020162095A1 (ja) 光電変換素子および撮像装置
KR20170029371A (ko) X선 디텍터
US20040178426A1 (en) Laminated semiconductor radiation detector
Wu et al. Mechanochemical Synthesis of High‐Entropy Perovskite toward Highly Sensitive and Stable X‐ray Flat‐Panel Detectors
US20070045520A1 (en) Photoelectric conversion device and imaging device
Xin et al. Nucleation engineering in sprayed MA3Bi2I9 films for direct-conversion X-ray detectors
Li et al. Interlayer-assisted growth of Si-based all-inorganic perovskite films via chemical vapor deposition for sensitive and stable X-ray detection
CN108604639A (zh) 有机光电装置、这种装置的阵列以及制造这种阵列的方法
CN104737319B (zh) 光电转换元件及其制造方法
He et al. Antisolvent-treated MAPbI3 and PbS quantum dots for high-performance broadband photodetectors

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