[发明专利]一种横向结构窄带钙钛矿光电探测器及其制备方法

说明书

本发明涉及光电探测器技术领域，具体涉及一种横向结构窄带钙钛矿光电探测器及其制备方法。该探测器包括石英衬底和设置在所述石英衬底上的钙钛矿光吸收层，所述钙钛矿吸收层的表面上相互避让设置有空穴传输层和电子传输层，所述空穴传输层和电子传输层的表面均设置有金属电极及与所述金属电极连接的导线；所述空穴传输层和电子传输层的间隙还设置有滤光层。本发明结构简单，通过横向结构的设置，可以避免透明导电电极的使用，降低成本；通过滤光层的设置，实现了在同一光吸收材料上获得不同波段窄带光电探测器目的，更加方便。

技术领域

本发明涉及光电探测器技术领域，具体涉及一种横向结构窄带钙钛矿光电探测器及其制备方法。

背景技术

光电探测器在图形图像处理、光电探测、环境监测、生物传感和光通讯领域中有重要的应用前景。钙钛矿材料具有直接带隙、载流子迁移率高、激子扩散长度长、材料禁带宽度可在紫外到红外调整的特点。

目前，在光电探测器领域已经进行了广泛的研究。从对入射波长的响应程度来看，光电探测器大致分为两类，一类为宽谱光电探测器，这类光电探测器对大于禁带宽度的光均发生响应，因此被广泛应用于多色探测、光学遥感、环境监测等领域。另外一类为窄带光电探测器，这类光电探测器对特定波段范围的入射光具备响应能力，对指定波段范围外的光不响应，因此在光谱探测等领域具备重要的应用前景。目前，基于钙钛矿材料的光电探测器大都为宽谱光电探测器，窄带探测器很少见文献报道。美国林肯大学黄金松教授研究小组发现了一种制备钙钛矿材料窄带探测器的新方法，他们通过改变钙钛矿材料中的卤族元素比例，实现不同禁带宽度的钙钛矿材料制备，在此基础上，结合金属/钙钛矿材料界面态的调节，可以实现近禁带宽度波段响应的钙钛矿基光电探测器制备，其光谱响应半高宽接近20nm。然而，这类光电探测器背景噪声较大，如果更换探测波段，需要调整钙钛矿光吸收层的材料配方。这些因素都在很大程度上阻碍了钙钛矿基光电探测器的应用。

另外，现有技术中，窄带光电探测器常使用光栅调节入射光的波长，利用多缝衍射原理，通过调节光栅的结构深度、周期等从而选择出特定波长的光线。比如专利CN111554815 A公开了一种窄带多光谱钙钛矿光电探测器及其制备方法和用途，其中采用光栅结构调节入射光波长，实现窄带光谱响应。然而，这种结构需要采用复杂的光刻工艺形成亚波长结构光栅，加工工艺复杂。此外，由于衍射光栅在光栅平面正交方向上(平行栅线和垂直栅线)周期性的差异，容易引起透射光极化和正交方向上光线相位的差异。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的之一在于提供一种横向结构窄带钙钛矿光电探测器。

本发明采用了以下技术方案：

一种横向结构窄带钙钛矿光电探测器，包括石英衬底和设置在所述石英衬底上的钙钛矿光吸收层，所述钙钛矿吸收层的表面上相互避让设置有空穴传输层和电子传输层，所述空穴传输层和电子传输层的表面均设置有金属电极及与所述金属电极连接的导线；所述空穴传输层和电子传输层的间隙还设置有滤光层。

优选的，所述滤光层由透明介质层和金属层依次在所述钙钛矿光吸收层表面叠加构成；所述金属层的单层厚度在10-200nm，所述透明介质层的单层厚度在10-300nm。

优选的，所述金属层为金、银、铜、铝中的一种或多种构成的合金，所述透明介质层为呈透明状态的金属氧化物或呈透明态的有机物。

优选的，所述金属氧化物为氧化锌、氧化硅、氮化硅或氧化镁，所述有机物为聚苯乙烯。

优选的，所述空穴传输层材质为聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)/聚对苯乙烯磺酸PEDOT:PSS、四苯基联苯二胺类化合物TPD、聚[双(4-苯基)(4-丁基苯基)胺]Poly:TPD或二咔唑联苯CBP，所述电子传输层材质为富勒烯衍生物PCBM、聚乙烯基咔唑PVK的一种或多种的混合物。

优选的，所述金属电极材质为金、铂或金铂混合物。