CN112919404B - 单一载流子多孔膜支架及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于半导体领域，具体涉及单一载流子多孔膜支架及其制备方法和应用，单一载流子多孔膜支架包括单一空穴多孔膜支架与单一电子多孔膜支架。单一空穴多孔膜支架结构依次为第一电极、第一空穴传输层、多孔绝缘支架层和多孔电极层，多孔用于填充半导体，以测试半导体材料中的空穴迁移率、空穴浓度与缺陷态密度。单一电子多孔膜支架结构依次为第一电极、第一电子传输层、多孔绝缘支架层、多孔第二电子传输层和多孔电极层，同样多孔用于填充半导体，用以测试半导体材料中的电子迁移率、电子浓度与缺陷态密度。本发明提出的支架，制备工艺简单，成本低廉，便于灵活调控，适用于宏观化批量生产与高通量SCLC分析测试，是一种行之有效的SCLC器件设计思路。

Description

单一载流子多孔膜支架及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于半导体领域，更具体地，涉及单一载流子多孔膜支架及其制备方法和应用。

背景技术

作为信息、新能源等高科技产业的基础材料，半导体材料与技术在发光二极管、有机薄膜晶体管、太阳能电池等领域具有广阔的应用前景，具有极其重要的战略地位。深入研究半导体材料的性质对于深入认知半导体材料性质，进而改进半导体材料性能用以改进相关半导体器件的性能是至关重要的。对半导体而言，载流子迁移率、载流子浓度、缺陷态密度等性能参数是决定其性能的基础，是各类半导体材料与器件开发所必须关注的问题。因而，如何准确、快速、高效的分析半导体材料的这些性能具有重大意义。

半导体迁移率等比较常见的经典测试方法主要包括渡越时间法、霍尔效应法、场效应管法等。渡越时间法测试中半导体需要具有良好的吸光能力，如果待测样品带隙较宽，不能效应仪器配备的激发光，则无法有效测试；霍尔效应法要求待测半导体材料具有较高的迁移率，如果待测样品迁移率较低，则霍尔效应无法准确测出半导体的性质；对于场效应管测试法，需要将待测半导体制备成一个良好的场效应管，对待测半导体的导电性有着直接要求，同时测试过程中一般需要高精度三电极探针台用于样品电极的引出。总的来说，这些测试方法一来对设备要求较高，二来对待测样品的性能要求较高，对半导体材料的开发带来了极大的不便。

为了解决目前半导体迁移率等性能分析表征方面存在的问题，空间电荷限制电流法(SCLC)被开发使用并逐渐受到重视。SCLC测试过程中，只需要检测流过半导体的电流信号随施加在其上的电压信号变化规律，即可分析得出待测半导体的迁移率、载流子浓度、缺陷态等有效信息，并且SCLC测试对各类半导体材料都有有效响应，也不需要使用昂贵的设备，只需满足基本电压、电流信号采集即可。因此，SCLC测试具有广泛的应用前景，尤其是在以溶液法加工为代表的新型热点半导体研究领域比如有机半导体、卤化物钙钛矿半导体领域具有重大应用需求。

SCLC测试对于样品器件的制备也有着较高的要求。一方面，要确保两个电极之间的有效隔离，避免电极之间的直接漏电引起流经半导体电流的失真。另一方面，样品中的两电极以及待测半导体材料主要依赖旋涂和蒸镀技术制备，其中待测半导体薄膜厚度的调控以及电极与半导体的界面结合质量等都成为该测试的重要制约因素。此外，受限于制备工艺，现有SCLC器件的制备效率在满足新型半导体系统化调控时所需的大量器件方面存在挑战。

发明内容

本发明提供单一载流子多孔膜支架及其制备方法和应用，用以解决现有半导体材料因其所需SCLC测试器件制备条件苛刻、重复率低、调控难度大、设备要求高等而导致高精度空间电荷限制电流测试难度大的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种单一空穴多孔膜支架，包括：第一电极，沉积在第一电极上的空穴传输层，沉积在空穴传输层上的多孔绝缘支架层，以及沉积在多孔绝缘支架层上的多孔电极层；

所述第一电极用作导电基底；所述空穴传输层用于传输空穴并阻挡电子的通过；所述多孔绝缘支架层用于隔开空穴传输层与第二多孔电极层，同时用于填充半导体材料；所述多孔电极层用作第二电极，同时用于填充所述半导体材料，所述半导体材料能够连接空穴传输层与多孔电极层以构成空穴传输通路。

进一步，所述第一电极选自导电玻璃；所述空穴传输层选自氧化镍、氧化钼和氧化石墨烯中的一种或多种；所述多孔绝缘支架层选自氧化锆、氧化硅、氧化铝和钛酸钡中的一种或多种；所述第二多孔电极层选自石墨、石墨烯、炭黑、活性炭和导电氧化物纳米颗粒中的一种或多种组成。

进一步，所述半导体材料为可溶液加工半导体或可熔融加工半导体。

按照本发明的另一个方面，提供了一种如上所述的单一空穴多孔膜支架的制备方法，通过在所述第一电极上依次沉积所述空穴传输层、所述多孔绝缘支架层和所述多孔电极层，制得所述单一空穴多孔膜支架，其中，所述沉积方式为刮涂、喷涂、旋涂、狭缝涂布或丝网印刷沉积。

按照本发明的另一个方面，还提供了一种如上所述的单一空穴多孔膜支架的应用，应用于空间电荷限制电流测试，具体应用方法为：

将半导体材料的溶液填充于所制备的所述多孔绝缘支架层和所述多孔电极层中，并去除溶剂，得到空间电荷限制电流器件；或者，将所述半导体材料的熔融物填充于所制备的所述多孔绝缘支架层和所述多孔电极层中，并冷却凝固，得到空间电荷限制电流器件；

采用所述空间电荷限制电流器件对所述半导体材料进行空间电荷限制电流测试，以分析填充在多孔绝缘支架层和多孔电极层中的半导体材料的性能，包括空穴迁移率、空穴浓度和缺陷态密度。

按照本发明的另一个方面，还提供了一种单一电子多孔膜支架，包括：第一电极，沉积在第一电极上的第一电子传输层，沉积在第一电子传输层上的多孔绝缘支架层，沉积在多孔绝缘支架层上的多孔第二电子传输层，沉积在多孔第二电子传输层上的多孔电极层，其中，所述沉积方式为刮涂、喷涂、旋涂、狭缝涂布或丝网印刷沉积；

所述第一电极用作导电基底；所述第一电子传输层用于传输电子并阻挡空穴的通过；所述多孔绝缘支架层用于隔开第一电子传输层与多孔第二电子传输层，同时用于填充半导体材料；所述第二电子传输层用于传输电子，同时用于填充所述半导体材料；所述多孔电极层用作第二电极，同时用于填充所述半导体材料，所述半导体材料能够连接第一电子传输层与多孔第二电子传输层以构成电子传输通路。

进一步，所述第一电极选自导电玻璃；所述第一电子传输层选自二氧化钛、氧化锌、二氧化锡、三氧化二锡、四氧化三锡、锡酸钡和锡酸锌中的一种或多种；所述多孔绝缘支架层选自氧化锆、氧化硅、氧化铝和钛酸钡中的一种或多种；所述第二电子传输层选自二氧化钛、氧化锌、二氧化锡、三氧化二锡、四氧化三锡、锡酸钡和锡酸锌中的一种或多种；所述多孔电极层选自石墨、石墨烯、炭黑、活性炭、导电氧化物纳米颗粒中的一种或多种。

进一步，所述半导体材料为可溶液加工半导体或可熔融加工半导体。

按照本发明的另一个方面，还提供了一种如上所述的单一电子多孔膜支架的制备方法，通过在所述第一电极上依次沉积所述第一电子传输层、所述多孔绝缘支架层、多孔的所述第二电子传输层和所述多孔电极层，制得所述单一电子多孔膜支架。

按照本发明的另一个方面，还提供了一种如上所述的单一电子多孔膜支架的应用，应用于空间电荷限制电流测试，具体应用方法为：

将半导体材料的溶液填充于所制备的所述多孔绝缘支架层、多孔的所述第二电子传输层和所述多孔电极层中，并去除溶剂，得到空间电荷限制电流器件；或者，将所述半导体材料的熔融物填充于所制备的所述多孔绝缘支架层、多孔的所述第二电子传输层和所述多孔电极层中，并冷却凝固，得到空间电荷限制电流器件；

采用所述空间电荷限制电流器件对所述半导体材料进行空间电荷限制电流测试，以分析填充在多孔绝缘支架层、第二电子传输层和多孔电极层中的半导体材料的性能，包括电子迁移率、电子浓度、缺陷态密度。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

(1)本发明所提出的单一空穴或电子多孔膜支架，可以作为耗材生产使用，在进行SCLC测试时，只需要在多孔膜支架内填充待测的半导体材料即可测试该半导体材料的性能，而传统在进行半导体材料的SCLC测试时，需要从基板开始完整制备器件，极大影响测试效率，因此，本发明公开的多孔膜支架可以极大地方便SCLC测试。

(2)本发明所提出的基于单一空穴或电子多空膜支架的SCLC器件相比传统的SCLC器件制备难度显著降低。本发明提出的单一空穴或电子多空膜支架，上部的空穴传输层、多孔绝缘支架层和多孔电极层均为多孔结构，因此不需要采用蒸镀方法制备或使用镀膜机等专用大型设备来制备致密的各层薄膜，多孔结构可利用常规刮涂、喷涂、旋涂、狭缝涂布、印刷等简单湿法加工工艺即可实现，即通过简单湿法工艺即可在商业化的第一电极基板上完成整个支架的制备，在制得支架后，只需要简单的多孔结构中填充流动的半导体材料即可得到SCLC器件。另外，印刷网板可设计阵列结果，实现高一致性介观单一载流子器件多孔膜的制备，提高样品制备的可重复性。

(3)本发明提出的单一空穴或电子多空膜支架，在用于SCLC测试时，有助于且提高SCLC测试器件的质量。根据SCLC测试的基本过程可知，待测半导体需要与相连接的各功能层结合良好，且器件内部不能有漏电的发生。一般情况下，有机半导体、卤化物钙钛矿等新型半导体薄膜基于旋涂工艺制备，存在或多或少的针孔，这些针孔的存在，导致器件中存在严重的漏电电流，影响测试结果的准确性；此外，测试器件中各功能层之间的界面的结合状况直接限制器件中电流信号，影响测试结果，旋涂工艺等逐层堆叠制备的SCLC器件的平面界面存在结合不理想的问题，比如蒸镀电极的过程中，金属电极原子被发现可在器件功能层中扩散，这对SCLC测试是不利的。本发明提出的单一空穴或电子多空膜支架中，待测半导体填充于支架的多孔层中，通过生长与其它功能层形成更充分的结合，比如形成体相界面增强相互作用。

(4)本发明提出的单一空穴或电子多空膜支架有效提升了SCLC器件制备的灵活性。在SCLC器件中，待测半导体的厚度是一个重要的参量，对测试结果有直接影响。一般来说，载流子浓度高、载流子迁移率大的导电性良好半导体材料，可适度增加样品的厚度以减少器件中其它部分对测试结果带来的误差。对于载流子浓度低、载流子迁移率小的导电性很差的半导体材料，需要适度降低样品的厚度以增加输出电流信号的强度，提高检测准确性。常规SCLC器件基于逐层堆叠的平板结构，待测半导体通过旋涂等湿法或者蒸镀等气相沉积技术制备，利用湿法制备高质量、无裂纹半导体厚膜难度较大，而利用气相沉积技术沉积厚膜耗时较长。而在降低SCLC器件中待测半导厚度时，需要兼顾避免其中针孔的出现。在本发明公开的基于单一空穴或电子多空膜支架的SCLC器件中，待测半导体的厚度直接由单一空穴或电子多空膜支架中的多孔层决定，而多孔层的厚度通过印刷、涂布等工艺可简单灵活调控，厚的多孔层制备也很简单，同时不需要利用待测半导体隔开相邻功能层，这一功能由多孔结构来实现，半导体材料只需要能够连接上下两层即可，即半导体材料不管界面质量怎么样，只要填充于多孔中就能够构成载流子通路，而构成通路即可实现测试，因此，待测半导体中即便存在针孔，对测试结果影响也较小。

(5)本发明提出的单一空穴或电子多空膜支架可实现宏量化与模块化生产制备，为SCLC测试提供极大的便利。通过印刷等技术，结合印刷网板设计并配合激光刻蚀等，可在导电基底上制备介观单一载流子多孔膜阵列，进而宏量化制备单一空穴或电子多空膜支架，实现SCLC测试样品的高通量制备与高通量测试分析，为半导体材料与器件的开发提供有效支撑。同时，根据使用需求，可调控单一空穴或电子多空膜支架中介多孔绝缘支架层厚度、单一载流子类型、空穴传输层或者电子传输层选材等，制备成不同的单一空穴或电子多空膜支架(SCLC介观单一载流子器件多孔膜模块)，以供使用者选用，使用者在有使用需求的时候直接根据所需的支架参数类型选用对应规格的支架，将待测半导体溶液或者熔体填充于所选支架中，使其固化即可用于SCLC测试分析。换言之，通过本发明的实施，可以把单一空穴或电子多空膜支架做成类似如PH试纸、胶头滴管等的一般耗材，为相关工作的开展提供极大的便利，具有良好的应用前景。

因此，本发明能够有效解决现有半导体材料因其所需SCLC测试器件制备条件苛刻、重复率低、调控难度大、设备要求高等技术问题，实现空间电荷限制电流器件的灵活调控、模块化、高通量制备，工艺简单，满足新型半导体材料开发的重大需求，对新型半导体材料及器件的开发具有重要积极意义。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种单一空穴多孔膜支架示意图；

图2为本发明实施例提供的图1所述对应的介观单一空穴器件结构示意图；

图3为本发明实施例提供的单一空穴多孔膜支架阵列示意图；

图4为图2对应的介观单一空穴器件的SCLC曲线图；

图5为本发明实施例提供的一种单一电子多孔膜支架示意图；

图6为本发明实施例提供的图5所述对应的介观单一电子器件结构示意图；

图7为图6对应的介观单一电子器件的SCLC曲线图。

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。

实施例一

一种单一空穴多孔膜支架，如图1所示，包括：第一电极，沉积在第一电极上的空穴传输层，沉积在空穴传输层上的多孔绝缘支架层，以及沉积在多孔绝缘支架层上的多孔电极层。其中，第一电极用作导电基底；空穴传输层用于传输空穴并阻挡电子的通过；多孔绝缘支架层用于隔开空穴传输层与第二多孔电极层，同时用于填充半导体材料；多孔电极层用作第二电极，同时用于填充半导体材料，半导体材料能够连接空穴传输层与多孔电极层以构成空穴传输通路。

该支架可通过在第一电极上依次沉积空穴传输层、多孔绝缘支架层和多孔电极层得到。

另外，该单一空穴多孔膜支架可以作为耗材产品批量生产和使用，当在每层介孔结构内填充半导体材料后，构成一个器件，可用于空间电荷限制电流测试。

例如，如图2所示，该器件结构从下到上，依次为第一电极、沉积在第一电极上的空穴传输层、沉积在空穴传输层上的多孔绝缘支架层、沉积在多孔绝缘支架层上的多孔电极层以及填充在每层介孔结构内的卤化物钙钛矿半导体材料。其中，第一电极用作导电基底；空穴传输层用于传输空穴并阻挡电子的通过；多孔绝缘支架层用于隔开空穴传输层与第二多孔电极层，同时用于填充半导体材料；第二多孔电极层用作第二电极，同时用于填充半导体；上述填充在多孔绝缘支架层和第二多孔电极层中的半导体材料用于连接空穴传输层与第二多孔电极层以构成空穴传输通路。其中，沉积方式为刮涂、喷涂、旋涂、狭缝涂布或丝网印刷沉积。

可由以下制备方法得到：将半导体的溶液填充于所制备的多孔绝缘支架层和多孔电极层中，并去除溶剂，或将半导体的熔融物填充于所制备的多孔绝缘支架层和多孔电极层中，并冷却凝固，得到介观单一空穴器件(即为前述的空间电荷限制电流器件)。

在应用于空间电荷限制电流测试时，用以分析填充在多孔绝缘支架层和第二多孔电极层中半导体的性能，包括空穴迁移率、空穴浓度和缺陷态密度。

本实施例提出的一种介孔结构的单一空穴器件，相比较常规平板结构，该介观器件对制备条件要求不高，制备工艺简单，可重复性高，易于宏观批量化制备(如图3所示)。该介观器件的制备工艺便于测试者对薄膜厚度、电极与半导体界面结合质量等影响测试结果的关键因素进行灵活调控，确保得到最适宜条件下的测试结果。

优选的，上述第一电极为掺杂氟的氧化锡导电玻璃。

优选的，上述沉积在第一电极上的空穴传输层为氧化镍。

优选的，上述沉积在空穴传输层上的多孔绝缘支架层为氧化锆。

通过丝网印刷的方法，在沉积有空穴传输层的导电玻璃基底上印刷氧化锆薄膜，该薄膜由氧化锆纳米颗粒、粘结剂与造孔剂纤维素、溶剂松油醇组成，通过500度烧结，去除薄膜中的松油醇与纤维素，形成氧化锆多孔绝缘支架层；

优选的，上述沉积在多孔绝缘支架层上的多孔电极层为石墨、炭黑的混合物。

通过丝网印刷的方法，在多孔绝缘支架层印刷碳膜，该碳膜由石墨、炭黑、松油醇、纤维素混合组成，在400℃条件下进行烧结去除松油醇与纤维素，形成多孔碳电极层，多孔碳电极为第二多孔电极，同时也起到提取空穴的作用。该设计利用廉价的碳代替了常规平板SCLC器件中贵金属等作为第二电极，大幅度降低了器件的制作成本与材料成本。

优选的，填充在上述多孔层中的半导体为卤化物钙钛矿半导体材料。卤化物钙钛矿是一类性能优良的半导体材料，凭借光电转换效率较高，组分带隙可调以及可溶液法制备的优点近年来备受青睐。将不同的卤化物钙钛矿溶解在N-甲基甲酰胺溶剂中，得到前驱体溶液后，用移液器分别取3微升滴涂在上述多孔层中，退火去除溶剂，可得到介观单一空穴器件，使用空间电荷限制电流法测试填充在多孔层中钙钛矿半导体的性能。

利用数字源表测试上述所制备器件的电压-电流特性，将器件的两个电极分别接入数字原表的引线，将起始电压设为0V，终止电压设为4V，测得单一空穴器件的暗电流数据，如图4所示。根据测得数据计算出不同卤化物钙钛矿样品对应的空穴迁移率、空穴浓度和缺陷态密度，如下表1所示。从图4以及表1的数据可以看出，基于本实施例公开的介观单一空穴器件表现出了良好的SCLC曲线特征，通过拟合计算成功获得了不同组分卤化物钙钛矿材料的半导体性能。

表1基于介观单一空穴器件的测得不同卤化物钙钛矿的空穴迁移率、空穴浓度以及缺陷态密度

实施例二

一种单一电子多孔膜支架，如图5所示，包括：第一电极，沉积在第一电极上的第一电子传输层，沉积在第一电子传输层上的多孔绝缘支架层，沉积在多孔绝缘支架层上的多孔第二电子传输层，以及沉积在多孔第二电子传输层上的多孔电极层。其中，第一电极用作导电基底；第一电子传输层用于传输电子并阻挡空穴的通过；多孔绝缘支架层用于隔开空穴传输层与多孔电极层，同时用于填充半导体材料；第二电子传输层用于传输电子并阻挡空穴的通过，同时用于填充半导体材料；多孔电极层用作第二电极，同时用于填充半导体材料，半导体材料能够连接电子传输层与多孔第二电子传输层以构成电子传输通路。

该支架可通过在第一电极上依次沉积第一电子传输层、多孔绝缘支架层、第二电子传输层和多孔电极层得到。

另外，该单一电子多孔膜支架可以作为耗材产品批量生产和使用，当在每层介孔结构内填充半导体材料后，构成一个器件，可用于空间电荷限制电流测试。

例如，如图6所示，该器件结构从下到上，依次为第一电极、沉积在第一电极上的第一电子传输层、沉积在第一电子传输层上的多孔绝缘支架层、沉积在多孔绝缘支架层上的多孔第二电子传输层、沉积在多孔第二电子传输层上的多孔电极层以及填充在每层介孔结构内的卤化物钙钛矿半导体材料。其中，第一电极用作导电基底；第一电子传输层用于传输电子并阻挡空穴的通过；多孔绝缘支架层用于隔开电子传输层与多孔第二电子传输层，同时用于填充半导体材料；多孔电极层用作第二电极，同时用于填充半导体材料；上述填充在多孔绝缘支架层、多孔第二电子传输层以及多孔电极层中的半导体材料用于连接电子传输层与多孔第二电子传输层以构成电子传输通路。

可由以下制备方法得到：将半导体的溶液填充于所制备的多孔绝缘支架层和多孔电极层中，并去除溶剂，或将半导体的熔融物填充于所制备的多孔绝缘支架层和多孔电极层中，并冷却凝固，得到介观单一电子器件(即为前述的空间电荷限制电流器件)。

在应用于空间电荷限制电流测试时，用以分析填充在多孔绝缘支架层、多孔第二电子传输层、第二电极层中半导体的性能，包括电子迁移率、电子浓度和缺陷态密度。

本实施例提出的一种介孔结构的单一电子器件，相比较常规平板结构，该介观器件对制备条件要求不高，制备工艺简单，可重复性高，易于宏观批量化制备(类似图3所示)。该介观器件的制备工艺便于测试者对薄膜厚度、电极与半导体界面结合质量等影响测试结果的关键因素进行灵活调控，确保得到最适宜条件下的测试结果。

优选的，上述第一电极为掺杂氟的氧化锡导电玻璃。

优选的，上述沉积在第一电极上的第一电子传输层为二氧化钛。

优选的，上述沉积在第一电子传输层上的多孔绝缘支架层为氧化锆。

通过丝网印刷的方法，在沉积有第一电子传输层的导电玻璃基底上印刷氧化锆薄膜，该薄膜由氧化锆纳米颗粒、粘结剂与造孔剂纤维素、溶剂松油醇组成，通过500度烧结，去除薄膜中的松油醇与纤维素，形成氧化锆多孔绝缘支架层；

优选的，上述沉积在多孔绝缘支架层上的多孔第二电子传输层为二氧化钛。

通过丝网印刷的方法，在沉积有第一电子传输层和多孔绝缘支架层的导电玻璃基底上印刷二氧化钛薄膜，该薄膜由二氧化钛纳米颗粒、粘结剂与造孔剂纤维素、溶剂松油醇组成，通过500度烧结，去除薄膜中的松油醇与纤维素，形成二氧化钛多孔第二电子传输层；

优选的，上述沉积在多孔第二电子传输层上的多孔电极层为掺锡氧化铟。

通过丝网印刷的方法，在多孔第二电子传输层上印刷掺锡氧化铟薄膜，该膜由掺锡氧化铟纳米颗粒、松油醇、纤维素混合组成，在500℃条件下进行烧结去除松油醇与纤维素，形成多孔掺锡氧化铟电极层，多孔掺锡氧化铟电极为多孔电极层。该设计利用廉价的掺锡氧化铟代替了常规平板SCLC器件中贵金属银等作为第二电极，大幅度降低了器件的制作成本与材料成本。

优选的，填充在上述多孔层中的半导体为卤化物钙钛矿半导体材料。卤化物钙钛矿是一类性能优良的半导体材料，凭借光电转换效率较高，组分带隙可调以及可溶液法制备的优点近年来备受青睐。将MAPbI₃卤化物钙钛矿溶解在N-甲基甲酰胺溶剂中，得到前驱体溶液后，用移液器分别取3微升滴涂在上述多孔层中，退火去除溶剂，可得到介观单一电子器件，使用空间电荷限制电流法测试填充在多孔层中钙钛矿半导体的性能。

利用数字源表测试上述所制备器件的电压-电流特性，将器件的两个电极分别接入数字原表的引线，将起始电压设为0V，终止电压设为5V，测得单一电子器件的暗电流数据，如图7所示。根据测得数据可计算出MAPbI₃卤化物钙钛矿样品对应的电子迁移率、电子浓度和缺陷态密度。从图7的数据可以看出，基于本实施例公开的介观单一电子器件表现出了良好的SCLC曲线特征，通过拟合计算可获得MAPbI₃卤化物钙钛矿材料的半导体性能。

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 (8)

1.一种单一空穴多孔膜支架，其特征在于，包括：第一电极，沉积在第一电极上的空穴传输层，沉积在空穴传输层上的多孔绝缘支架层，以及沉积在多孔绝缘支架层上的多孔电极层；

所述第一电极用作导电基底；所述空穴传输层用于传输空穴并阻挡电子的通过；所述多孔绝缘支架层用于隔开空穴传输层与多孔电极层，同时用于填充半导体材料；所述多孔电极层用作第二电极，同时用于填充所述半导体材料，所述半导体材料能够连接空穴传输层与多孔电极层以构成空穴传输通路；所述半导体材料为可溶液加工半导体或可熔融加工半导体。

2.根据权利要求1所述的一种单一空穴多孔膜支架，其特征在于，所述第一电极选自导电玻璃；所述空穴传输层选自氧化镍、氧化钼和氧化石墨烯中的一种或多种；所述多孔绝缘支架层选自氧化锆、氧化硅、氧化铝和钛酸钡中的一种或多种；所述多孔电极层选自石墨、石墨烯、炭黑、活性炭和导电氧化物纳米颗粒中的一种或多种组成。

3.一种如权利要求1或2所述的单一空穴多孔膜支架的制备方法，其特征在于，通过在所述第一电极上依次沉积所述空穴传输层、所述多孔绝缘支架层和所述多孔电极层，制得所述单一空穴多孔膜支架，其中，所述沉积方式为刮涂、喷涂、旋涂、狭缝涂布或丝网印刷沉积。

4.一种如权利要求1或2所述的单一空穴多孔膜支架的应用方法，其特征在于，应用于空间电荷限制电流测试，具体应用方法为：

将半导体材料的溶液填充于所制备的所述多孔绝缘支架层和所述多孔电极层中，并去除溶剂，得到空间电荷限制电流器件；或者，将所述半导体材料的熔融物填充于所制备的所述多孔绝缘支架层和所述多孔电极层中，并冷却凝固，得到空间电荷限制电流器件；

采用所述空间电荷限制电流器件对所述半导体材料进行空间电荷限制电流测试，以分析填充在多孔绝缘支架层和多孔电极层中的半导体材料的性能，包括空穴迁移率、空穴浓度和缺陷态密度。

5.一种单一电子多孔膜支架，其特征在于，包括：第一电极，沉积在第一电极上的第一电子传输层，沉积在第一电子传输层上的多孔绝缘支架层，沉积在多孔绝缘支架层上的多孔第二电子传输层，沉积在多孔第二电子传输层上的多孔电极层；

所述第一电极用作导电基底；所述第一电子传输层用于传输电子并阻挡空穴的通过；所述多孔绝缘支架层用于隔开第一电子传输层与多孔第二电子传输层，同时用于填充半导体材料；所述第二电子传输层用于传输电子，同时用于填充所述半导体材料；所述多孔电极层用作第二电极，同时用于填充所述半导体材料，所述半导体材料能够连接第一电子传输层与多孔第二电子传输层以构成电子传输通路，所述半导体材料为可溶液加工半导体或可熔融加工半导体。

6.根据权利要求5所述的单一电子多孔膜支架，其特征在于，其特征在于，所述第一电极选自导电玻璃；所述第一电子传输层选自二氧化钛、氧化锌、二氧化锡、三氧化二锡、四氧化三锡、锡酸钡和锡酸锌中的一种或多种；所述多孔绝缘支架层选自氧化锆、氧化硅、氧化铝和钛酸钡中的一种或多种；所述第二电子传输层选自二氧化钛、氧化锌、二氧化锡、三氧化二锡、四氧化三锡、锡酸钡和锡酸锌中的一种或多种；所述多孔电极层选自石墨、石墨烯、炭黑、活性炭、导电氧化物纳米颗粒中的一种或多种。

7.一种如权利要求5或6所述的单一电子多孔膜支架的制备方法，其特征在于，通过在所述第一电极上依次沉积所述第一电子传输层、所述多孔绝缘支架层、多孔的所述第二电子传输层和所述多孔电极层，制得所述单一电子多孔膜支架；其中，所述沉积方式为刮涂、喷涂、旋涂、狭缝涂布或丝网印刷沉积。

8.一种如权利要求5或6所述的单一电子多孔膜支架的应用方法，其特征在于，应用于空间电荷限制电流测试，具体应用方法为：

将半导体材料的溶液填充于所制备的所述多孔绝缘支架层、多孔的所述第二电子传输层和所述多孔电极层中，并去除溶剂，得到空间电荷限制电流器件；或者，将所述半导体材料的熔融物填充于所制备的所述多孔绝缘支架层、多孔的所述第二电子传输层和所述多孔电极层中，并冷却凝固，得到空间电荷限制电流器件；

采用所述空间电荷限制电流器件对所述半导体材料进行空间电荷限制电流测试，以分析填充在多孔绝缘支架层、第二电子传输层和多孔电极层中的半导体材料的性能，包括电子迁移率、电子浓度、缺陷态密度。