[发明专利]一种无铅准二维锡基钙钛矿薄膜及其制备的光电探测器

说明书

本发明公开一种无铅准二维锡基钙钛矿薄膜及其制备的光电探测器，所述薄膜的制备包括以下步骤：（1）将BAI、SnI₂和SnF₂加入DMSO中，室温搅拌4~6h，获得BA₂SnI₄(n=1)钙钛矿前驱体溶液；或将BAI、FAI、SnI₂和SnF₂加入DMSO中，室温搅拌4~6h，获得BA₂FASn₂I₇(n=2)钙钛矿前驱体溶液；（2）将锡粉加入BA₂SnI₄或BA₂FASn₂I₇钙钛矿前驱体溶液，并在35~45℃热板上搅拌3~5h，而后用滤膜过滤前驱体溶液；（3）清洗基底并干燥，将步骤（2）前驱体溶液滴在基底上，旋涂，然后退火获得BA₂FA_n‑1Sn_nI_3n+1薄膜。

技术领域

本发明属光电探测器领域，具体涉及一种无铅准二维锡基钙钛矿薄膜及其制备的光电探测器。

背景技术

光电探测器是一种通过将光信号直接转换为电信号来探测和测量光的特性的装置。目前，光电探测器的光电转换在图像传感、光通信、自动化生产、化学/生物检测、军事探测等领域受到的关注越来越广泛。但传统的GaN-based (250-400 nm)、Si-based (450-800nm)和InGaAs-based (900-1700 nm)光电探测器制造过程往往复杂和昂贵，并且机械不灵活和高驱动电压限制了其广泛应用。

近年来，卤化钙钛矿由于兼具了直接禁带、长的电子-空穴扩散长度、高载流子迁移率、大的吸收系数，低成本且方便的溶液加工性能等优势，为发展高性能光电探测器提供了巨大潜力。然而铅的存在阻碍了钙钛矿光电探测器的商业化，因此寻找低毒性钙钛矿型材料是迫在眉睫的。在过去的几年里，研究人员尝试用其他元素来替代铅，例如Sn²⁺、Ge²⁺、Co²⁺、Cu⁺、Ag⁺、Bi³⁺、Sb³⁺等。其中Sn²⁺离子与Pb²⁺离子具有非常相似的性质，他们都有孤对s轨道，因此Sn(Ⅱ)是最亮眼的铅取代候选材料。更吸引人的是，它具有比Pb基类似物更窄的直接带隙，其中MASnI₃、FASnI₃和CsSnI₃的带隙分别为1.20、1.41和1.30 eV左右。除此之外Sn基钙钛矿还有低激子结合能、高载流子迁移率等独特优势。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种无铅准二维锡基钙钛矿薄膜及其制备的光电探测器。将本方法制备的BA₂FA_n-1Sn_nI_3n+1薄膜作为光吸收材料，应用于光电探测器，获得了优异的开关比、响应度和探测率。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种制备无铅准二维锡基钙钛矿BA₂FA_n-1Sn_nI_3n+1薄膜的方法，包括以下步骤：

（1）将BAI、SnI₂和SnF₂加入DMSO中，室温搅拌4~6 h，获得BA₂SnI₄ (n=1)钙钛矿前驱体溶液；或将BAI、FAI、SnI₂和SnF₂加入DMSO中，室温搅拌4~6 h，获得BA₂FASn₂I₇ (n=2)钙钛矿前驱体溶液；