CN115867054A - 一种超适形金属卤化物钙钛矿光电探测器阵列 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超适形金属卤化物钙钛矿光电探测器阵列，涉及光电器件技术领域，公开了包括基底，所述基底上覆盖有钙钛矿光吸收层阵列，所述钙钛矿光吸收层阵列上覆盖有中介层，所述中介层上覆盖有电极层，使用碘化铯、氯化铅、N,N‑二甲基甲酰胺和二甲基亚砜作为前驱体溶液，再使用甲脒氢碘酸盐、甲胺氢溴酸盐、甲胺碘、甲胺氯、异丙醇制备旋涂溶液，实现了全溶液法制备，成本低廉，可重复性好，易于大规模工业化，使用低温退火的方式，重复旋涂以及退火的步骤，从而增加吸收层的厚度，并保证薄膜的快速结晶。
Description
技术领域
本发明涉及光电器件技术领域，更具体地说，它涉及一种超适形金属卤化物钙钛矿光电探测器阵列。
背景技术
光电探测器具有将光信号转变为电信号的功能，是支撑光信息技术领域的基本器件，在光通信、传感、安全以及生物传感等领域有着广泛的应用。目前商品化的光电探测器主要是基于Si、GaN、I nGaAs等无机半导体材料。这类探测器在响应速度、灵敏度以及稳定性方面均具有很好的性能，但与此同时其制备工艺复杂、成本高。因此，开发性能良好，且低成本的光电探测器对光信息领域的发展有着重要意义。然而目前的钙钛矿光电探测器阵列制备成本较高，无法实现全溶液法制备，不利于大规模的工业化生产。同时在制备过程中薄膜的结晶过程较慢。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种超适形金属卤化物钙钛矿光电探测器阵列。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种超适形金属卤化物钙钛矿光电探测器阵列，包括基底，所述基底上覆盖有钙钛矿光吸收层阵列，所述钙钛矿光吸收层阵列上覆盖有中介层，所述中介层上覆盖有电极层；
其中，该超适形金属卤化物钙钛矿光电探测器阵列通过下述步骤制备得到：
步骤一：对基底进行清洗，通过紫外与臭氧对清洗后的基底进行干燥处理；
步骤二：按重量份计，将1-1.8份的碘化铯与2-3.5份的氯化铅进行混合处理制备得到碘化铅，将2-5份的碘化铅溶于N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶液中作为前驱体溶液，然后将前驱体溶液旋转在基底上，得到薄膜，将所得的薄膜在70℃-75℃条件下退火1-2mi n，将旋涂溶液旋涂在退火冷却后的基底上，最后在150-180℃下退火15-20分钟，制备得到钙钛矿光吸收层阵列；
步骤三：将2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴溶液旋涂到钙钛矿光吸收层阵列上方，并放在充满氧气的气氛中氧化12-14小时，形成中介层；
步骤四：使用热蒸镀法沉积镍和金，形成电极层。
进一步的，步骤一中的基底的干燥处理时间为15-25mi n，步骤一中基底清洗的具体步骤为：对基底依次用去离子水、丙酮和无水乙醇进行超声清洗，每次清洗的时间为20min-30mi n。
进一步的，所述基底为玻璃片、石英片或聚对苯二甲酸乙二醇酯。
进一步的，步骤二中N,N-二甲基甲酰胺与二甲基亚砜的重量份比为9.6-8.2:1-0.8。
进一步的，步骤二中旋涂溶液通过下述步骤制备得到：按重量份计，称取甲脒氢碘酸盐40-45份、甲胺氢溴酸盐3-3.5份、甲胺碘4.2-5.5份、甲胺氯6-7份、异丙醇850-1050份，将甲脒氢碘酸盐、甲胺氢溴酸盐、甲胺碘、甲胺氯加入异丙醇中，配置得到旋涂溶液。
进一步的，步骤二中前驱体溶液以1500-1800转/秒的速度旋转在基底上，旋涂时间为35-45秒。
进一步的，步骤二中旋涂溶液以1600-1900转/秒的速度旋涂在退火冷却后的基底上，旋涂时间为35-45秒。
进一步的，步骤三的旋涂速度为2400-2800rpm，旋涂时间为20-30秒。
进一步的，步骤四中镍的厚度为8-22nm，金的厚度为70-140nm。
与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
本发明使用碘化铯、氯化铅、N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜作为前驱体溶液，再使用甲脒氢碘酸盐、甲胺氢溴酸盐、甲胺碘、甲胺氯、异丙醇制备旋涂溶液，实现了全溶液法制备，成本低廉，可重复性好，易于大规模工业化，使用低温退火的方式，重复旋涂以及退火的步骤，从而增加吸收层的厚度，并保证薄膜的快速结晶。
附图说明
图1为一种超适形金属卤化物钙钛矿光电探测器阵列的结构示意图。
100、基底；200、钙钛矿光吸收层阵列；300、中介层；400、电极层。
具体实施方式
实施例1
参照图1，一种超适形金属卤化物钙钛矿光电探测器阵列，包括基底100，基底100上覆盖有钙钛矿光吸收层阵列200，钙钛矿光吸收层阵列200上覆盖有中介层300，中介层300上覆盖有电极层400；
其中，该超适形金属卤化物钙钛矿光电探测器阵列通过下述步骤制备得到：
步骤一：对基底100进行清洗，通过紫外与臭氧对清洗后的基底100进行干燥处理；
步骤二：按重量份计，将1份的碘化铯与2份的氯化铅进行混合处理制备得到碘化铅，将2份的碘化铅溶于N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶液中作为前驱体溶液，然后将前驱体溶液旋转在基底100上，得到薄膜，将所得的薄膜在70℃条件下退火1mi n，将旋涂溶液旋涂在退火冷却后的基底100上，最后在150℃下退火15分钟，制备得到钙钛矿光吸收层阵列200；
步骤三：将2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴溶液旋涂到钙钛矿光吸收层阵列200上方，并放在充满氧气的气氛中氧化12小时，形成中介层300；
步骤四：使用热蒸镀法沉积镍和金，形成电极层400。
步骤一中的基底100的干燥处理时间为15mi n，步骤一中基底100清洗的具体步骤为：对基底100依次用去离子水、丙酮和无水乙醇进行超声清洗，每次清洗的时间为20mi n。
基底100为玻璃片。
步骤二中N,N-二甲基甲酰胺与二甲基亚砜的重量份比为9.6:1。
步骤二中旋涂溶液通过下述步骤制备得到：按重量份计，称取甲脒氢碘酸盐40份、甲胺氢溴酸盐3份、甲胺碘4.2份、甲胺氯6份、异丙醇850份，将甲脒氢碘酸盐、甲胺氢溴酸盐、甲胺碘、甲胺氯加入异丙醇中，配置得到旋涂溶液。
步骤二中前驱体溶液以1500转/秒的速度旋转在基底100上，旋涂时间为35秒。
步骤二中旋涂溶液以1600转/秒的速度旋涂在退火冷却后的基底100上，旋涂时间为35秒。
步骤三的旋涂速度为2400rpm，旋涂时间为20秒。
步骤四中镍的厚度为8nm，金的厚度为70nm。
实施例2
该超适形金属卤化物钙钛矿光电探测器阵列通过下述步骤制备得到：
步骤一：对基底100进行清洗，通过紫外与臭氧对清洗后的基底100进行干燥处理；
步骤二：按重量份计，将1.2份的碘化铯与2.5份的氯化铅进行混合处理制备得到碘化铅，将3份的碘化铅溶于N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶液中作为前驱体溶液，然后将前驱体溶液旋转在基底100上，得到薄膜，将所得的薄膜在72℃条件下退火1.5min，将旋涂溶液旋涂在退火冷却后的基底100上，最后在160℃下退火18分钟，制备得到钙钛矿光吸收层阵列200；
步骤三：将2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴溶液旋涂到钙钛矿光吸收层阵列200上方，并放在充满氧气的气氛中氧化13小时，形成中介层300；
步骤四：使用热蒸镀法沉积镍和金，形成电极层400。
步骤一中的基底100的干燥处理时间为20mi n，步骤一中基底100清洗的具体步骤为：对基底100依次用去离子水、丙酮和无水乙醇进行超声清洗，每次清洗的时间为25mi n。
基底100为石英片。
步骤二中N,N-二甲基甲酰胺与二甲基亚砜的重量份比为9:0.9。
步骤二中旋涂溶液通过下述步骤制备得到：按重量份计，称取甲脒氢碘酸盐42份、甲胺氢溴酸盐3.2份、甲胺碘5份、甲胺氯6.5份、异丙醇950份，将甲脒氢碘酸盐、甲胺氢溴酸盐、甲胺碘、甲胺氯加入异丙醇中，配置得到旋涂溶液。
步骤二中前驱体溶液以1600转/秒的速度旋转在基底100上，旋涂时间为40秒。
步骤二中旋涂溶液以1700转/秒的速度旋涂在退火冷却后的基底100上，旋涂时间为40秒。
步骤三的旋涂速度为2600rpm，旋涂时间为25秒。
步骤四中镍的厚度为15nm，金的厚度为100nm。
实施例3
该超适形金属卤化物钙钛矿光电探测器阵列通过下述步骤制备得到：
步骤一：对基底100进行清洗，通过紫外与臭氧对清洗后的基底100进行干燥处理；
步骤二：按重量份计，将1.8份的碘化铯与3.5份的氯化铅进行混合处理制备得到碘化铅，将5份的碘化铅溶于N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶液中作为前驱体溶液，然后将前驱体溶液旋转在基底100上，得到薄膜，将所得的薄膜在75℃条件下退火2min，将旋涂溶液旋涂在退火冷却后的基底100上，最后在180℃下退火20分钟，制备得到钙钛矿光吸收层阵列200；
步骤三：将2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴溶液旋涂到钙钛矿光吸收层阵列200上方，并放在充满氧气的气氛中氧化14小时，形成中介层300；
步骤四：使用热蒸镀法沉积镍和金，形成电极层400。
步骤一中的基底100的干燥处理时间为25mi n，步骤一中基底100清洗的具体步骤为：对基底100依次用去离子水、丙酮和无水乙醇进行超声清洗，每次清洗的时间为30mi n。
基底100为聚对苯二甲酸乙二醇酯。
步骤二中N,N-二甲基甲酰胺与二甲基亚砜的重量份比为8.2:0.8。
步骤二中旋涂溶液通过下述步骤制备得到：按重量份计，称取甲脒氢碘酸盐45份、甲胺氢溴酸盐3.5份、甲胺碘5.5份、甲胺氯7份、异丙醇1050份，将甲脒氢碘酸盐、甲胺氢溴酸盐、甲胺碘、甲胺氯加入异丙醇中，配置得到旋涂溶液。
步骤二中前驱体溶液以1800转/秒的速度旋转在基底100上，旋涂时间为45秒。
步骤二中旋涂溶液以1900转/秒的速度旋涂在退火冷却后的基底100上，旋涂时间为45秒。
步骤三的旋涂速度为2800rpm，旋涂时间为30秒。
步骤四中镍的厚度为22nm，金的厚度为140nm。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本模板的保护范围。
Claims (9)
1.一种超适形金属卤化物钙钛矿光电探测器阵列，其特征在于，包括基底(100)，所述基底(100)上覆盖有钙钛矿光吸收层阵列(200)，所述钙钛矿光吸收层阵列(200)上覆盖有中介层(300)，所述中介层(300)上覆盖有电极层(400)；
其中，该超适形金属卤化物钙钛矿光电探测器阵列通过下述步骤制备得到：
步骤一：对基底(100)进行清洗，通过紫外与臭氧对清洗后的基底(100)进行干燥处理；
步骤二：按重量份计，将1-1.8份的碘化铯与2-3.5份的氯化铅进行混合处理制备得到碘化铅，将2-5份的碘化铅溶于N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶液中作为前驱体溶液，然后将前驱体溶液旋转在基底(100)上，得到薄膜，将所得的薄膜在70℃-75℃条件下退火1-2min，将旋涂溶液旋涂在退火冷却后的基底(100)上，最后在150-180℃下退火15-20分钟，制备得到钙钛矿光吸收层阵列(200)；
步骤三：将2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴溶液旋涂到钙钛矿光吸收层阵列(200)上方，并放在充满氧气的气氛中氧化12-14小时，形成中介层(300)；
步骤四：使用热蒸镀法沉积镍和金，形成电极层(400)。
2.根据权利要求1所述的一种超适形金属卤化物钙钛矿光电探测器阵列，其特征在于，步骤一中的基底(100)的干燥处理时间为15-25min，步骤一中基底(100)清洗的具体步骤为：对基底(100)依次用去离子水、丙酮和无水乙醇进行超声清洗，每次清洗的时间为20min-30min。
3.根据权利要求2所述的一种超适形金属卤化物钙钛矿光电探测器阵列，其特征在于，所述基底(100)为玻璃片、石英片或聚对苯二甲酸乙二醇酯。
4.根据权利要求3所述的一种超适形金属卤化物钙钛矿光电探测器阵列，其特征在于，步骤二中N,N-二甲基甲酰胺与二甲基亚砜的重量份比为9.6-8.2:1-0.8。
5.根据权利要求4所述的一种超适形金属卤化物钙钛矿光电探测器阵列，其特征在于，步骤二中旋涂溶液通过下述步骤制备得到：按重量份计，称取甲脒氢碘酸盐40-45份、甲胺氢溴酸盐3-3.5份、甲胺碘4.2-5.5份、甲胺氯6-7份、异丙醇850-1050份，将甲脒氢碘酸盐、甲胺氢溴酸盐、甲胺碘、甲胺氯加入异丙醇中，配置得到旋涂溶液。
6.根据权利要求5所述的一种超适形金属卤化物钙钛矿光电探测器阵列，其特征在于，步骤二中前驱体溶液以1500-1800转/秒的速度旋转在基底(100)上，旋涂时间为35-45秒。
7.根据权利要求6所述的一种超适形金属卤化物钙钛矿光电探测器阵列，其特征在于，步骤二中旋涂溶液以1600-1900转/秒的速度旋涂在退火冷却后的基底(100)上，旋涂时间为35-45秒。
8.根据权利要求7所述的一种超适形金属卤化物钙钛矿光电探测器阵列，其特征在于，步骤三的旋涂速度为2400-2800rpm，旋涂时间为20-30秒。
9.根据权利要求8所述的一种超适形金属卤化物钙钛矿光电探测器阵列，其特征在于，步骤四中镍的厚度为8-22nm，金的厚度为70-140nm。
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