[发明专利]二维钙钛矿薄膜及含其的光电探测器的反溶剂制备方法

说明书

本发明属于光电探测器技术领域，公开了二维钙钛矿薄膜及含其的光电探测器的反溶剂制备方法。该二维钙钛矿薄膜的反溶剂制备方法，包括以下步骤：(1)将基底置于等离子清洗设备中进行改性处理，制得改性的基底；(2)取步骤(1)制得的改性的基底加热，然后在改性的基底上滴加钙钛矿前驱体溶液，再滴加反溶剂，反应，退火，制得所述二维钙钛矿薄膜；所述反溶剂包括甲苯、丙酮、氯苯或氯仿中的至少一种。在二维钙钛矿薄膜上制备电极，制得光电探测器。该光电探测器的响应时间低于85ms，经过近90次循环光电流衰减不到7.7％，最佳响应度为200‑670μA/W，最大光电流为3.5‑13.2nA。

技术领域

本发明属于光电探测器技术领域，特别涉及二维钙钛矿薄膜及含其的光电探测器的反溶剂制备方法。

背景技术

有机无机杂化钙钛矿因其具有极高的光吸收系数、可调的带隙、长载流子寿命和扩散长度、大载流子迁移率和高缺陷容错性而成为一类应用于光电器件的优良材料，这些优良的特性已被用来获得高效率的太阳能电池、发光二极管或光电探测器。

二维钙钛矿使用了较大的有机阳离子提供更高的疏水性，增强了对水分和光的稳定性。更具体地说，层状二维卤化有机铅钙钛矿的通式为(RNH₃)₂PbX₄，其中R为长链烷基或芳香族，X为卤素；堆积层包含一个扩展的角共享金属卤化物八面体(PbX₆)网络和覆盖在无机层两侧的两层有机阳离子，以起到平衡电荷的作用。堆积层在范德华力作用下，沿c方向堆积，形成层状类石墨二维钙钛矿。与较小阳离子相比，体积较大的有机阳离子增加了疏水性，使二维钙钛矿具有更好的稳定性。此外，二维状钙钛矿自然地倾向于自组织成量子阱结构，其中带电荷的载流子主要被限制在无机层中，层间相互作用有限。结果表明，二维钙钛矿的电荷输运呈现出各向异性，但输运受到抑制。

现有技术中制备二维状钙钛矿的方法过于复杂，且制得的二维状钙钛矿的应用在光电探测器中的响应时间过长，例如响应时间为86-100ms，稳定性也较差，循环使用衰减过快，光电性能有待进一步提升。

因此，亟需提供一种新的二维钙钛矿制备方法，使得制备过程简单，制得的二维钙钛矿应用在光电探测器中的响应时间短，稳定性好；进一步的提升二维钙钛矿的光电性能。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出二维钙钛矿薄膜及含其的光电探测器的反溶剂制备方法，通过本发明所述反溶剂制备方法制得的光电探测器的响应时间低于85ms，稳定性好，例如连续开关光照情况下，光电探测器经过近90次循环光电流衰减不到7.7％。

本发明的发明构思：本发明先对基底进行等离子清洗改性，改性后使得形成薄膜的过程无需旋涂，且薄膜能稳定的在基底上生长出来，然后选择甲苯、丙酮、氯苯和氯仿(优选氯仿)作为反溶剂，利用过饱和效应，通过简单的一步反溶剂处理，制得二维钙钛矿薄膜，进一步在二维钙钛矿薄膜上制备电极，制得光电探测器，光电探测器具有小的响应时间和高的光电响应度，光电探测器经过近90次循环光电流衰减不到7.7％。

本发明的第一方面提供一种二维钙钛矿薄膜的制备方法。

具体的，一种二维钙钛矿薄膜的反溶剂制备方法，包括以下步骤：

(1)将基底置于等离子清洗设备中进行改性处理，制得改性的基底；

(2)取步骤(1)制得的改性的基底加热，然后在改性的基底上滴加钙钛矿前驱体溶液，再滴加反溶剂，反应，退火，制得所述二维钙钛矿薄膜；所述反溶剂包括甲苯、丙酮、氯苯或氯仿中的至少一种。

优选的，步骤(1)中，将基底置于等离子清洗设备前，先用洗洁精、去离子水清洗，然后在乙醇中超声处理。