[发明专利]一种自供能钙钛矿光电探测器及其制备方法

说明书

本发明属于微纳制造相关技术领域，其公开了一种自供能钙钛矿光电探测器及其制备方法，所述光电探测器包括玻璃基底、CsPbIBr₂光敏薄膜、PMMA修饰层及Ag电极层，所述玻璃基底包括基底及设置在所述基底上的ITO导电层，所述CsPbIBr₂光敏薄膜设置在所述ITO导电层上；所述PMMA修饰层设置在所述CsPbIBr₂光敏薄膜远离所述ITO导电层的表面上，所述Ag电极层设置在所述PMMA修饰层远离所述CsPbIBr₂光敏薄膜的表面上。本发明的生产成本和工艺复杂性相较其他钙钛矿光电探测器更；且PMMA修饰层的引入有利于进一步钝化CsPbIBr₂光敏薄膜的缺陷，提高载流子传输速率及减少不利的非辐射复合损失，从而提高光电探测器的灵敏度和响应速率。

技术领域

本发明属于微纳制造相关技术领域，更具体地，涉及一种自供能钙钛矿光电探测器及其制备方法。

背景技术

自第三次科技革命以来，以半导体技术为核心的微电子技术及相关产业得到了迅猛发展，相关技术和工艺的成熟也促进了光电子技术的进步，且开发高性能光电探测器，对于改善人民生活、促进工业发展和国防实力进步具有重要战略意义。

目前，商业化光电探测器主要是基于Si、InGaAs、GaN等传统无机半导体材料所构建的，存在暗电流较大、弱光响应性差等缺陷。此外，该类型器件对半导体薄膜纯度要求高，薄膜多采用分子束外延以及金属有机化学气相沉积工艺制备，设备要求高，生产成本高，效率低下，且工艺温度高，能耗高，限制了其在聚合物柔性基底上的沉积。

2009年，有机-无机金属杂化钙钛矿作为新一代极具潜力的光敏材料被应用到光伏领域，拉开了钙钛矿光电器件研究的序幕。然而，杂化钙钛矿热稳定性较差，无法在工况温度下稳定工作，且因为有机组分的存在，易于空气中的水分和氧气等发生反应，致使钙钛矿分解，进而导致器件失效。在目前已报道的钙钛矿材料中，全无机钙钛矿具有热稳定性高、介电常数小、内部缺陷少、电荷迁移率高、表面复合率低等优良特性，且受光照时能表现出快速的光响应特性(微秒甚至纳秒尺度)，是高灵敏、高稳定光电探测器的理想构件。

全无机钙钛矿光电探测器主要分为两种类型：光电导型与光伏(自供能)型。前者由于无需电荷传输层，具有噪声电流低、结构简单、成本低、易制备等优点，因此该类型光电探测器被研究的较多。但是，该类器件光响应时间较长(数百微秒至数毫秒)，无法完成高频光信号的探测，限制了其在高速光通信、高速成像等领域的应用，且光电导型光电探测器工作时需外接供电装置，增加了系统的复杂性和整体成本。光伏(自供能)型光电探测器具有自驱动、电荷传输距离短、响应速度快(纳秒级)、探测率高等优势，在高频光探测领域具有巨大的应用潜力。但该类型器件一般采用能耗高或价格昂贵的电子传输层(TiO₂、PCBM)或空穴传输层(Spiro-OMeTAD、PTAA、P3HT)，大大增加了器件的生产成本，限制了其商业化应用。此外，传统的全无机钙钛矿薄膜大多是基于溶液法制备的，存在无机钙钛矿材料合成困难、薄膜缺陷态密度较高以及成膜性差等缺点，这些缺陷都不利于载流子快速迁移，且溶液法工艺本身不利于钙钛矿薄膜阵列的高效沉积。相应地，本领域存在着开发一种低成本的自供能光电探测器及其制备方法的技术需求。

发明内容