CN114551621A - 一种光电探测器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种光电探测器及其制备方法，所述光电探测器包括基底、间隔设置在基底上的第一电极和第二电极以及设置在第一电极和第二电极之上的光电转换层，光电转换层的材料包括转角双层碘化铅纳米片，转角双层碘化铅纳米片两层之间的相对旋转角度为0~60°。本发明中转角双层碘化铅纳米片在碘化铅能带中引入一个自陷态能级，作为光电转换层可以对波长较长的低能量光产生光响应，有效拓展了光电探测的光响应范围。本发明仅利用一种材料实现了宽波段光探测，无需使用不同材料形成异质结结构，即可使得光电探测器能够对紫外到近红外波段的光产生较好的光响应，突破了传统光探测器中光电转换材料能带对光响应范围的限制。

Description

一种光电探测器及其制备方法
技术领域
本发明涉及光电探测器领域，尤其涉及一种光电探测器及其制备方法。
背景技术
传统硅基、锗基、碲镉汞基等探测器存在器件体积大、集成度受限等无法克服的问题。同时覆盖可见光、红外、大赫兹和毫米波波段对高性能宽带光电探测提出了重大挑战。虽然，热探测器可以在一定程度实现宽波段探测，但是其响应速度缓慢。因此，探索实现高灵敏度宽带光电探测的新策略迫在眉睫。
二维材料具有原子级厚度，良好的光学性质、电学性质、热学性质以及机械特性，通过控制材料的厚度可以调控材料的特性，极大的增加了二维材料在各种光电器件中的应用，提高了器件性能。目前二维材料光探测的响应波段受到材料本身禁带宽度的限制，通常只对能带附近能量的光产生较好的响应。而目前的宽波段光探测主要是利用不同带隙的半导体材料构成异质结结构，利用不同组分实现不同波长的光的探测。但是这种方法一方面存在材料制备过程复杂的问题，另一方面存在光响应波段还是受限于各组分的能带结构的问题。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种光电探测器及其制备方法，旨在解决现有宽波段光电探测器响应波段受限于材料本身的禁带宽度且通常是利用不同带隙半导体材料构成异质结结构来实现的问题。
本发明的技术方案如下：
本发明的第一方面，提供一种光电探测器，其中，所述光电探测器包括基底、间隔设置在所述基底上的第一电极和第二电极以及设置在所述第一电极和第二电极之上的光电转换层，所述光电转换层的材料包括转角双层碘化铅纳米片，所述转角双层碘化铅纳米片两层之间的相对旋转角度为0~60°。
可选地，所述基底选自硅与氧化硅复合基底、聚二甲基硅氧烷基底、聚酰亚胺基底、蓝宝石基底、石英玻璃基底、云母基底中的一种。
可选地，所述第一电极和所述第二电极同时选自金电极或铂电极。
可选地，所述第一电极与所述第二电极之间的间距为1~50μm。
可选地，所述转角双层碘化铅纳米片的径向尺寸为10~200μm，和/或，所述转角双层碘化铅纳米片的厚度为10~500nm。
本发明的第二方面，提供一种本发明如上所述的光电探测器的制备方法，其中，包括步骤：
提供基底；
将第一电极和第二电极间隔设置在所述基底上；
将光电转换层设置在所述第一电极和第二电极上，得到所述光电探测器；
其中，所述光电转换层的材料包括转角双层碘化铅纳米片，所述转角双层碘化铅纳米片两层之间的相对旋转角度为0~60°；
或，
提供基底；
将第一电极和第二电极间隔设置在光电转换层上；
将所述间隔设置有第一电极和第二电极的光电转换层设置在所述基底上并使所述第一电极和第二电极与所述基底接触，得到所述光电探测器；
其中，所述光电转换层的材料包括转角双层碘化铅纳米片，所述转角双层碘化铅纳米片两层之间的相对旋转角度为0~60°。
可选地，所述将第一电极和第二电极间隔设置在所述基底上的步骤具体包括：
利用掩膜版在所述基底上依次间隔蒸镀第一电极和第二电极。
可选地，所述将第一电极和第二电极间隔设置在光电转换层上的步骤具体包括：
利用显微对准系统将掩膜版和转角双层碘化铅纳米片对准，在转角双层碘化铅纳米片上依次间隔蒸镀第一电极和第二电极。
可选地，所述转角双层碘化铅纳米片的制备方法包括步骤：
将碘化铅粉末加入到水中，在第一预设温度下加热第一预设时间，得到碘化铅过饱和溶液；
将所述碘化铅过饱和溶液在第二预设温度下降温第二预设时间，得到纳米碘化铅悬浊液；
将所述纳米碘化铅悬浊液转移到基片上，静置后，得到所述转角双层碘化铅纳米片。
可选地，所述第一预设温度为50~180℃，所述第一预设时间为20~180min；所述第二预设温度为0~50℃，所述第二预设时间为10~60min；所述基片的温度为5~30℃，所述静置的时间为5~3600s。
有益效果：本发明中将具有转角结构的转角双层碘化铅纳米片作为光电探测器的光电转换层，转角双层碘化铅纳米片在碘化铅能带中引入一个自陷态能级，可以对波长较长的低能量光产生光响应，有效拓展了光电探测的光响应范围。本发明仅利用一种材料实现了宽波段光探测，无需使用不同材料形成异质结结构，即可使制备得到的光电探测器能够对紫外到近红外波段的光产生较好的光响应，突破了传统半导体光探测器中光电转换材料能带对光响应范围的限制。
附图说明
图1a为本发明实施例中光电探测器的俯视示意图，图1b为本发明实施例中光电探测器的截面示意图。
图2为本发明实施例中光电探测器具有宽波段响应的原理图。
图3中（a）为本发明实施例1中转角双层碘化铅纳米片的光学图片结果，（b）为本发明实施例1中转角双层碘化铅纳米片的界面透射电子显微镜图片结果。
图4为本发明实施例2中转角双层碘化铅纳米片的拉曼光谱图。
图5中（a）为本发明实施例3中转角双层碘化铅纳米片的光学图片结果，（b）为本发明实施例4中转角双层碘化铅纳米片的光学图片结果，（c）为本发明实施例5中转角双层碘化铅纳米片的光学图片结果。
图6中（a）为本发明实施例6中旋转角度为0°的转角双层碘化铅纳米片的光致发光谱，（b）为本发明实施例7中旋转角度为21.6°的转角双层碘化铅纳米片的光致发光谱。
图7中（a）为本发明实施例8中光电探测器在1064nm波长下的光电流响应结果，（b）为本发明实施例8中光电探测器在785nm波长下的光电流响应结果，（c）为本发明实施例8中光电探测器在638nm波长下的光电流响应结果，（d）为本发明实施例8中光电探测器在520nm波长下的光电流响应结果。
图8中（a）为本发明实施例9中采用旋转角度为1.3°的转角双层碘化铅纳米片作为光电转换层的光电探测器在1550nm波长下的光电流响应结果，（b）为本发明实施例9中采用旋转角度为3°的转角双层碘化铅纳米片作为光电转换层的光电探测器在1550nm波长下的光电流响应结果，（c）为本发明实施例9中采用旋转角度为5.5°的转角双层碘化铅纳米片作为光电转换层的光电探测器在1550nm波长下的光电流响应结果，（d）为本发明实施例9中采用旋转角度为16°的转角双层碘化铅纳米片作为光电转换层的光电探测器在1550nm波长下的光电流响应结果。
图9为本发明实施例10中含有不同厚度转角双层碘化铅纳米片的光电探测器在1064nm波长下的光电流响应结果图。
图10为本发明实施例11中的光电探测器在不同波长下的光响应度和比探测率结果图。
具体实施方式
本发明提供一种光电探测器及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
目前的宽波段光探测主要是利用不同带隙的半导体材料构成异质结结构，利用不同组分实现不同波长的光的探测。但是这种方法一方面存在材料制备过程复杂的问题，另一方面存在光响应波段还是受限于各组分的能带结构的问题。在众多二维材料中，二维碘化铅在X射线探测、紫外光探测等领域具有广泛的应用。但碘化铅的禁带宽度约为2.5eV，只对波长小于500nm的光产生响应。基于此，本发明实施例提供了一种光电探测器，本发明实施例中的光电探测器的结构可以有多种，并不局限于图1a和1b所示的光电探测器的结构，下面以图1a和1b所示的结构示意图为例进行说明，所述光电探测器包括基底、间隔设置在所述基底上的第一电极和第二电极以及设置在所述第一电极和第二电极之上的光电转换层，所述光电转换层的材料包括转角双层碘化铅纳米片，所述转角双层碘化铅纳米片两层之间的相对旋转角度为0~60°。
本发明实施例将具有转角结构的转角双层碘化铅纳米片作为光电探测器的光电转换层实现光电转换产生光生载流子，产生的光生载流子传输到第一电极和第二电极并导入外部电路形成光电流。具体地，转角双层碘化铅纳米片在碘化铅能带中引入一个自陷态能级，可以对波长较长的低能量光产生光响应，有效拓展了光电探测的光响应范围。本发明仅利用一种材料实现了宽波段光探测，无需使用不同材料形成异质结结构，即可使制备得到的光电探测器能够对紫外到近红外波段的光产生较好的光响应，突破了传统半导体光探测器中光电转换材料能带对光响应范围的限制。
下面结合图2对所述光电探测器具有宽波段（从紫外到近红外波段）响应的原理进行详细说明。转角双层碘化铅纳米片的禁带宽度同普通碘化铅纳米片的禁带宽度相同，都是2.5eV（取决于本征半导体性质）。但从转角双层碘化铅纳米片的能级图（图2）可以看出，转角双层碘化铅纳米片除了具有本征能带（对应的光激发为价带到导带的跃迁）外，还存在一个自陷态，会产生一个新的自陷态能级，此能级到导带的能量差为激子束缚能。利用光致发光谱计算出自陷态发光对应的能量大约为1.77eV（对应荧光峰位置约在700nm左右）。自陷态能对应能量大约为0.73eV（对应波长约为1698nm），也就是说这意味着能量比1698nm大的光子能够直接将自陷态能级的载流子激发到导带，实现光生载流子的激发。因此，本发明实施例中的光电探测器具有宽波段响应。
在一种实施方式中，所述光电转换层的材料为转角双层碘化铅纳米片。
在一种实施方式中，所述基底选自硅与氧化硅复合基底、聚二甲基硅氧烷基底、聚酰亚胺基底、蓝宝石基底、石英玻璃基底、云母基底中的一种，但不限于此。
在一种实施方式中，所述第一电极和所述第二电极同时选自金电极或铂电极，但不限于此。
在一种实施方式中，所述第一电极与所述第二电极之间的间距为1~50μm，第一电极与第二电极之间的距离可根据实际需要进行设置，例如可以是3μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm等。
在一种实施方式中，所述转角双层碘化铅纳米片的径向尺寸为10~200μm。
在一种实施方式中，所述转角双层碘化铅纳米片的厚度为10~500nm。
本发明实施例还提供一种本发明实施例如上所述的光电探测器的制备方法，其中，包括步骤：
S11、提供基底；
S12、将第一电极和第二电极间隔设置在所述基底上；
S13、将光电转换层设置在所述第一电极和第二电极上，得到所述光电探测器；
其中，所述光电转换层的材料包括转角双层碘化铅纳米片，所述转角双层碘化铅纳米片两层之间的相对旋转角度为0~60°；
或，
S21、提供基底；
S22、将第一电极和第二电极间隔设置在光电转换层上；
S23、将所述间隔设置有第一电极和第二电极的光电转换层设置在所述基底上并使所述第一电极和第二电极与所述基底接触，得到所述光电探测器；
其中，所述光电转换层的材料包括转角双层碘化铅纳米片，所述转角双层碘化铅纳米片两层之间的相对旋转角度为0~60°。
本实施例中，相比于基于异质结材料的宽波段探测器，该器件制备过程更简单、材料制备条件温和、能耗低、适合大量制备。利用转角双层碘化铅纳米片的特殊光电性质，仅利用一种材料实现了宽波段光探测，突破了材料能带结构对其光探测波段的限制。
本实施例中，可先将第一电极和第二电极设置在基底上，也可先将第一电极和第二电极设置在光电转换层上。
步骤S12中，在一种实施方式中，所述将第一电极和第二电极间隔设置在所述基底上的步骤具体包括：
利用掩膜版在所述基底上依次间隔蒸镀第一电极和第二电极。
步骤S13中，在一种具体的实施方式中，利用定向转移将转角双层碘化铅纳米片转移到第一电极和第二电极上。
步骤S22中，在一种实施方式中，所述将第一电极和第二电极间隔设置在光电转换层的步骤具体包括：
利用显微对准系统将掩膜版和转角双层碘化铅纳米片对准，在转角双层碘化铅纳米片上依次间隔蒸镀第一电极和第二电极。
在一种实施方式中，所述转角双层碘化铅纳米片的制备方法包括步骤：
S111、将碘化铅粉末加入到水中，在第一预设温度下加热第一预设时间，得到碘化铅过饱和溶液；
S112、将所述碘化铅过饱和溶液在第二预设温度下降温第二预设时间，得到纳米碘化铅悬浊液；
S113、将所述纳米碘化铅悬浊液转移到基片上，静置后，得到所述转角双层碘化铅纳米片。
本实施方式中，所述制备方法是一种基于碘化铅过饱和溶液的自下而上的可控制备方法，所述制备方法简单、低能耗、环境友好、稳定性强、可控性强，制备条件温和，可实现转角双层碘化铅纳米片的快速、大量制备。该制备方法简单可控的优点，克服了现有转角二维材料自上而下制备方法（化学气相沉积、解理与定向转移）复杂、可重复差、产量低的缺陷，有利于拓展转角二维材料的应用范围。本实施例首次采用上述基于碘化铅过饱和溶液的自下而上的制备方法实现了转角双层碘化铅纳米片的制备。
本实施方式中，先将碘化铅粉末加入到水中，在第一预设温度下加热第一预设时间，因此，可以理解的是得到的碘化铅过饱和溶液的温度取决于第一预设温度和第一预设时间，且得到的碘化铅过饱和溶液的温度低于或等于第一预设温度；然后，将得到的碘化铅过饱和溶液在第二预设温度下降温第二预设时间，得到纳米碘化铅悬浊液，因此，可以理解的是得到的纳米碘化铅悬浊液的温度取决于碘化铅过饱和溶液的温度、第二预设温度和第二预设时间，且碘化铅过饱和溶液的温度高于得到的纳米碘化铅悬浊液的温度，得到的纳米碘化铅悬浊液的温度高于或等于第二预设温度。
本实施方式利用碘化铅在不同温度下溶解度变化，通过控制第一预设温度、第一预设时间、第二预设温度、第二预设时间及基片的温度及静置时间来控制碘化铅的结晶及生长过程。具体地，制备得到的高温下的过饱和碘化铅溶液在降温过程中会析出并生长成为碘化铅纳米片（也即第一层碘化铅纳米片），随着温度的逐渐降低，在已经生长的第一层碘化铅纳米片的中心会二次形核并生长形成第二层碘化铅纳米片；由于第一层与第二层碘化铅纳米片生长时的溶液温度不同，二次生长的第二层碘化铅纳米片的取向会与先前析出并生长的第一层碘化铅纳米片存在差异，从而获得转角双层碘化铅同质结，也即转角双层碘化铅纳米片。
步骤S111中，将碘化铅粉末加入到水中，通过在第一预设温度下加热第一预设时间，得到碘化铅过饱和溶液，通过对第一预设温度及第一预设时间的调控可控制得到的碘化铅过饱和溶液的温度。第一预设温度的不同会对碘化铅的溶解速度产生影响，同时影响在降温过程中碘化铅纳米片的析出速率，从而能够得到不同厚度、不同尺寸的转角双层碘化铅纳米片。发明人经研究发现，第一预设温度越高越容易制备得到转角双层碘化铅纳米片。
在一种实施方式中，所述第一预设温度为50~180℃。作为举例，所述第一预设温度可为50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃等。
在一种实施方式中，所述第一预设时间为20~180min。作为举例，所述第一预设时间可为20 min、40 min、60 min、80 min、100 min、120 min、140 min、160 min、180 min等。上述温度和时间更有利于制备得到转角双层碘化铅纳米片。
本实施方式中，所述将碘化铅粉末加入到水中，在第一预设温度下（50~180℃）加热，而实际受到水的沸点限制，在加热第一预设时间（20~180min）后，得到的碘化铅过饱和溶液的温度低于等于100℃。
在一种具体的实施方式中，将碘化铅粉末加入到水中，置于50~180℃的加热板上，加热20~180min，得到碘化铅过饱和溶液。
步骤S112中，可通过调控第二预设温度和第二预设时间来控制得到的纳米碘化铅悬浊液的温度，将所述碘化铅过饱和溶液在第二预设温度下降温第二预设时间还可控制碘化铅过饱和溶液的降温速率并且提供碘化铅纳米片二次形核生长的环境。在降温的过程中，随着温度的降低，碘化铅的溶解度降低，部分溶解的碘化铅以碘化铅纳米片形式析出形成第一层碘化铅纳米片，同时随着温度的进一步降低，在已经形成的第一层碘化铅纳米片的中心会二次形核，当然，随着温度的进一步降低，二次形核后晶核也会进一步生长形成第二层碘化铅纳米片（也就是说，随着第二预设温度及第二预设时间的不同，得到的纳米碘化铅悬浊液中，第二层碘化铅纳米片会处在晶核状态或处在已经生长成为纳米片的状态）。另外，通过第二预设温度的控制可以控制碘化铅纳米片析出速率，实现最后产物厚度和尺寸的控制。
在一种实施方式中，所述第二预设温度为0~50℃。作为举例，所述第二预设温度可为0℃、5℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃等。第二预设温度越低，最终得到的转角双层碘化铅纳米片的径向尺寸越大、厚度越薄；且随着第二预设时间的不同，转角双层碘化铅纳米片中两层之间的旋转角度不同。
在一种实施方式中，所述第二预设时间为10~60min。所述第一预设时间可为10min、20min、30min、40min、50min、60min等。第二预设时间越长，最终得到的转角双层碘化铅纳米片的厚度越厚。
在一种具体的实施方式中，将所述碘化铅过饱和溶液置于0~50℃的水浴锅中进行降温10~60min。水浴锅可以控制所述碘化铅过饱和溶液与外部环境温差，可以控制碘化铅纳米片析出速率，实现最后产物厚度和尺寸的控制。
步骤S113中，在一种实施方式中，所述将所述纳米碘化铅悬浊液转移到基片上，静置后，得到所述转角双层碘化铅的步骤具体包括：
将所述纳米碘化铅悬浊液滴涂到基片上，静置后，去除多余的水溶液，得到所述转角双层碘化铅纳米片。
在一种实施方式中，所述基片选自载玻片、盖玻片、硅片、氧化硅与硅复合片、聚二甲基硅氧烷片、聚亚酰胺片、蓝宝石片、云母片、石英片、碳膜片中的一种，但不限于此。本实施方式并不限制基片的具体材质，可在任何材质的基片上制备得到所述转角双层碘化铅纳米片。
在一种实施方式中，所述基片的温度为5~30℃，所述静置的时间为10~3600s。将步骤S112中得到的碘化铅悬浊液滴涂在基片上时，通过改变基片的温度，形成不同的温度差（碘化铅悬浊液与基片存在温度差），并通过一定时间的静置，可使得步骤S112中析出并生长的碘化铅纳米片进一步生长，由于步骤S112所得的碘化铅悬浊液中含有第一层碘化铅纳米片及刚在其中心形核的第二层碘化铅晶核，也含有第一层碘化铅纳米片及在其中心形核并已经生长的第二层碘化铅纳米片，也就是说，此温度差，可以使得步骤S112中生长的第一层碘化铅继续生长的同时形核的第二层碘化铅晶核生长成为第二层碘化铅纳米片、已经生长成的第二层碘化铅纳米片继续生长，进而使得转角双层碘化铅纳米片的晶体结构和质量进一步提升。静置时间的变化还会对转角双层碘化铅纳米片的厚度产生影响，静置时间越长，转角双层碘化铅纳米片的厚度会有变厚的趋势。
下面通过具体的实施例对本发明作进一步地说明。
实施例1
将0.1g碘化铅粉末加入到20mL去离子水中，然后置于温度为180℃的加热板上，在空气中加热20min，使碘化铅粉末溶解，得到碘化铅过饱和溶液；
将碘化铅过饱和溶液从加热板上取下，放置在50℃的水浴锅中进行降温30min，得到纳米碘化铅悬浊液；
将干净的氧化硅与硅复合基片置于30℃的环境中，用胶头滴管吸取100μL纳米碘化铅悬浊液滴涂在干净的氧化硅/硅基片上，静置5s后，用吸水纸吸除多余的水溶液，得到转角双层碘化铅纳米片片。
所述转角双层碘化铅纳米片的光学图片如图3中（a）所示，其界面透射电子显微镜图片如图3中（b）所示。
实施例2
将0.5g碘化铅粉末加入到20mL去离子水中，然后置于温度为180℃的加热板上，在空气中加热60min，使碘化铅粉末溶解，得到碘化铅过饱和溶液；
将碘化铅过饱和溶液从加热板上取下，放置在35℃的水浴锅中进行降温20min，得到纳米碘化铅悬浊液；
将干净的氧化硅与硅复合基片置于20℃的环境中，用胶头滴管吸取20μL纳米碘化铅悬浊液滴涂在干净的氧化硅/硅基片上，静置30s后，用吸水纸吸除多余的水溶液，得到转角双层碘化铅纳米片片，其旋转角度为14°，其拉曼光谱与普通碘化铅纳米片的拉曼光谱如4所示，由于层间耦合效应，转角双层碘化铅纳米片双层区域的拉曼光谱强度比普通碘化铅纳米片的低。
实施例3
将0.5g碘化铅粉末加入到100mL去离子水中，然后置于温度为90℃的加热板上，在空气中加热60min，使碘化铅粉末溶解，得到碘化铅过饱和溶液；
将碘化铅过饱和溶液从加热板上取下，放置在0℃的水浴锅中进行降温30min，得到纳米碘化铅悬浊液；
将干净的硅基片置于20℃的环境中，用胶头滴管吸取50μL纳米碘化铅悬浊液滴涂在干净的硅基片上，静置20s后，用吸水纸吸除多余的水溶液，得到转角双层碘化铅纳米片。
所述转角双层碘化铅纳米片的光学图片如图5中（a）所示，转角为20°。
实施例4
将0.1g碘化铅粉末加入到100mL去离子水中，然后置于温度为90℃的加热板上，在空气中加热60min，使碘化铅粉末溶解，得到碘化铅过饱和溶液；
将碘化铅过饱和溶液从加热板上取下，放置在30℃的水浴锅中进行降温30min，得到纳米碘化铅悬浊液；
将干净的硅基片置于20℃的环境中，用胶头滴管吸取100μL纳米碘化铅悬浊液滴涂在干净的硅基片上，静置20s后，用吸水纸吸除多余的水溶液，得到转角双层碘化铅纳米片。
所述转角双层碘化铅纳米片的光学图片如图5中（b）所示，转角为5.5°。
实施例5
将0.2g碘化铅粉末加入到50mL去离子水中，然后置于温度为90℃的加热板上，在空气中加热60min，使碘化铅粉末溶解，得到碘化铅过饱和溶液；
将碘化铅过饱和溶液从加热板上取下，放置在50℃的水浴锅中进行降温30min，得到纳米碘化铅悬浊液；
将干净的硅基片置于50℃的环境中，用胶头滴管吸取100μL纳米碘化铅悬浊液滴涂在干净的硅基片上，静置20s后，用吸水纸吸除多余的水溶液，得到转角双层碘化铅纳米片。
所述转角双层碘化铅纳米片的光学图片如图5中（c）所示，转角为10.2°。
实施例6
将0.5g碘化铅粉末加入到20mL去离子水中，然后置于温度为180℃的加热板上，在空气中加热60min，使碘化铅粉末溶解，得到碘化铅过饱和溶液；
将碘化铅过饱和溶液从加热板上取下，放置在35℃的水浴锅中进行降温60min，得到纳米碘化铅悬浊液；
将干净的石英基片置于22℃的环境中，用胶头滴管吸取20μL纳米碘化铅悬浊液滴涂在干净的聚二甲基硅氧烷基片上，静置30s后，用吸水纸吸除多余的水溶液，得到转角双层碘化铅纳米片，其旋转角度为0°，其光致发光谱如图6中（a）所示。
实施例7
将0.2g碘化铅粉末加入到20mL去离子水中，然后置于温度为90℃的加热板上，在空气中加热60min，使碘化铅粉末溶解，得到碘化铅过饱和溶液；
将碘化铅过饱和溶液从加热板上取下，放置在35℃的水浴锅中进行降温20min，得到纳米碘化铅悬浊液；
将干净的石英基片置于22℃的环境中，用胶头滴管吸取20μL纳米碘化铅悬浊液滴涂在干净的聚二甲基硅氧烷基片上，静置30s后，用吸水纸吸除多余的水溶液，得到转角双层碘化铅纳米片，其旋转角度为21.6°，其光致发光谱如图6中（b）所示。
实施例8
旋转角度为1.3°的转角双层碘化铅纳米片的制备：
将0.5g碘化铅粉末加入到20mL去离子水中，然后置于温度为180℃的加热板上，在空气中加热60min，使碘化铅粉末溶解，得到碘化铅过饱和溶液；
将碘化铅过饱和溶液从加热板上取下，放置在35℃的水浴锅中进行降温15min，得到纳米碘化铅悬浊液；
将干净的石英基片置于22℃的环境中，用胶头滴管吸取20μL纳米碘化铅悬浊液滴涂在干净的聚二甲基硅氧烷基片上，静置30s后，用吸水纸吸除多余的水溶液，得到转角双层碘化铅纳米片，其旋转角度为1.3°。
光电探测器的制备：
利用掩膜版在面积为2cm2的云母基底上间隔蒸镀宽度为8μm的金电极，两个金电极之间的距离为3μm，利用定向转移将上述旋转角度为1.3°的转角双层碘化铅纳米片转移到两个金电极上，得到光电探测器，对光电探测器进行不同波长（分别为1064nm、785nm、638nm、520nm）下的光电流响应测试，结果如图7中（a）-（d）所示，可知，在波长为1064nm的红外光激发下，可产生光电流响应，而随着波长的降低光电流响应强度增强，在可见光的激发下（如520nm），其光电流响应可达45纳安。
实施例9
旋转角度分别为3.0°、5.5°、16°的转角双层碘化铅纳米片的制备：
其制备方法与实施例8中旋转角度为1.3°的转角双层碘化铅纳米片的制备方法不同的是放置在35℃的水浴锅中分别进行降温25min、30min、45min。
光电探测器的制备：
利用掩膜版在面积为2cm2的Si/SiO2基底上间隔蒸镀宽度为8μm的金电极，两个金电极之间的距离为10μm，利用定向转移将上述旋转角度分别为1.3°、3.0°、5.5°、16°的转角双层碘化铅纳米片转移到两个金电极上，得到光电探测器。
对实施实例9中的光电探测器在1550nm波长下进行光电流响应测试，结果如图8中（a）-（d）所示，可知，在波长为1550nm的红外光激发下，可产生光电流响应，且采用5.5°的转角双层碘化铅纳米片制备的光电探测器的光电流响应强度最强。
实施实例10
旋转角度为27°厚度分别为10nm、25nm、35nm、50nm、65nm、90nm的转角双层碘化铅纳米片的制备：
将0.5g碘化铅粉末加入到20mL去离子水中，然后置于温度为180℃的加热板上，在空气中加热60min，使碘化铅粉末溶解，得到碘化铅过饱和溶液；
将碘化铅过饱和溶液从加热板上取下，放置在40℃的水浴锅中分别进行降温10min、15min、25min、18min、30min、60min，得到纳米碘化铅悬浊液。
将干净的聚二甲基硅氧烷基片置于22℃的环境中，用胶头滴管吸取20μL纳米碘化铅悬浊液滴涂在干净的聚二甲基硅氧烷基片上，静置30s后，用吸水纸吸除多余的水溶液，得到旋转角度为27°厚度分别为10nm、25nm、35nm、50nm、65nm、90nm转角双层碘化铅纳米片。
光电探测器的制备：
利用掩膜版在面积为2cm2的Si/SiO2基底上间隔蒸镀宽度为8μm的金电极，两个金电极之间的距离为5μm，利用定向转移将上述旋转角度为27°厚度分别为10nm、25nm、35nm、50nm、65nm、90nm的转角双层碘化铅纳米片转移到两个金电极上，得到光电探测器。对光电探测器在1064nm波长下进行光电流响应测试，结果如图9所示，可知，随着厚度的增加，光电流响应强度先增大后减小。
实施例11
旋转角度为7.5°的转角双层碘化铅纳米片的制备：
与实施例8中旋转角度为1.3°的转角双层碘化铅纳米片的制备方法不同的是在35℃的水浴锅中进行降温30min；
利用掩膜版在面积为2cm2的Si/SiO2基底上间隔蒸镀宽度为8μm的金电极，两个金电极之间的距离为30μm，利用定向转移将上述旋转角度为7.5°厚度的双层碘化铅纳米片转移到两个金电极上，得到光电探测器。测试光电探测器在不同波长下的光响应度和比探测率，结果如图10所示，可知，随着波长的增加，光响应度和比探测率都下降，但在波长1064nm的光的激发下，可实现光响应。
综上所述，本发明提供了一种光电探测器及其制备方法，本发明中将具有转角结构的转角双层碘化铅纳米片作为光电探测器的光电转换层，转角双层碘化铅纳米片在碘化铅能带中引入一个自陷态能级，可以对波长较长的低能量光产生光响应，有效拓展了光电探测的光响应范围。本发明仅利用一种材料实现了宽波段光探测，无需使用不同材料形成异质结结构，即可使制备得到的光电探测器能够对紫外到近红外波段的光产生较好的光响应，突破了传统半导体光探测器中光电转换材料能带对光响应范围的限制。相比于基于异质结材料的宽波段探测器，本发明提供的光电探测器制备过程更简单、材料制备条件温和、能耗低、适合大量制备。
此外，本发明中光电转换材料转角碘化铅纳米片的制备方法是一种基于碘化铅过饱和溶液的自下而上的可控制备方法，所述制备方法简单、低能耗、环境友好、稳定性强、可控性强、制备条件温和，可实现转角双层碘化铅纳米片的快速、大量制备。该制备方法简单可控的优点，克服了现有转角二维材料自上而下制备方法复杂、可重复差、产量低的缺陷，有利于拓展转角二维材料的应用范围。采用本发明提供的制备方法可以制备得到径向尺寸为10~200μm，厚度为10~500nm，两层之间的旋转角度为0~60°的转角双层碘化铅纳米片。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种光电探测器，其特征在于，所述光电探测器包括基底、间隔设置在所述基底上的第一电极和第二电极以及设置在所述第一电极和第二电极之上的光电转换层，所述光电转换层的材料包括转角双层碘化铅纳米片，所述转角双层碘化铅纳米片两层之间的相对旋转角度为0~60°。
2.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述基底选自硅与氧化硅复合基底、聚二甲基硅氧烷基底、聚酰亚胺基底、蓝宝石基底、石英玻璃基底、云母基底中的一种。
3.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极同时选自金电极或铂电极。
4.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述第一电极与所述第二电极之间的间距为1~50μm。
5.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述转角双层碘化铅纳米片的径向尺寸为10~200μm，和/或，所述转角双层碘化铅纳米片的厚度为10~500nm。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的光电探测器的制备方法，其特征在于，包括步骤：
提供基底；
将第一电极和第二电极间隔设置在所述基底上；
将光电转换层设置在所述第一电极和第二电极上，得到所述光电探测器；
其中，所述光电转换层的材料包括转角双层碘化铅纳米片，所述转角双层碘化铅纳米片两层之间的相对旋转角度为0~60°；
或，
提供基底；
将第一电极和第二电极间隔设置在光电转换层上；
将所述间隔设置有第一电极和第二电极的光电转换层设置在所述基底上并使所述第一电极和第二电极与所述基底接触，得到所述光电探测器；
其中，所述光电转换层的材料包括转角双层碘化铅纳米片，所述转角双层碘化铅纳米片两层之间的相对旋转角度为0~60°。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述将第一电极和第二电极间隔设置在所述基底上的步骤具体包括：
利用掩膜版在所述基底上依次间隔蒸镀第一电极和第二电极。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述将第一电极和第二电极间隔设置在光电转换层上的步骤具体包括：
利用显微对准系统将掩膜版和转角双层碘化铅纳米片对准，在转角双层碘化铅纳米片上依次间隔蒸镀第一电极和第二电极。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述转角双层碘化铅纳米片的制备方法包括步骤：
将碘化铅粉末加入到水中，在第一预设温度下加热第一预设时间，得到碘化铅过饱和溶液；
将所述碘化铅过饱和溶液在第二预设温度下降温第二预设时间，得到纳米碘化铅悬浊液；
将所述纳米碘化铅悬浊液转移到基片上，静置后，得到所述转角双层碘化铅纳米片。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述第一预设温度为50~180℃，所述第一预设时间为20~180min；所述第二预设温度为0~50℃，所述第二预设时间为10~60min；所述基片的温度为5~30℃，所述静置的时间为5~3600s。
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