[发明专利]一种基于溴铅铯/甲基胺溴化铅单晶异质结的窄带光电探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于溴铅铯/甲基胺溴化铅单晶异质结的窄带光电探测器及其制备方法，是通过CsPbBr₃单晶与MAPbBr₃单晶所构成的异质结实现光的探测。本发明的光电探测器具有探测波段范围窄、选择性高的优势。

技术领域

本发明属于光电子材料和器件领域，具体涉及一种基于溴铅铯/甲基胺溴化铅单晶异质结的窄带光电探测器及其制备方法。

背景技术

光电探测器的作用主要是把无法轻易量化的光信号转化为可量化的能精确测量的电信号，其在工业和科学研究中发挥着巨大作用，比如成像、光通信、传感器以及环境监测等。光电探测器的主要技术就是找到一种光响应性能优异的半导体材料，半导体材料作为光敏层，能够吸收光子能量并产生电子空穴对(即载流子)，这些分离的电子和空穴在内建电场或外加偏压的作用下传输到电极两端从而产生电流。目前，商业化的探测器主要采用的半导体材料一般都是无机材料，比如氮化镓、硅及砷镓化铟等，这些探测器具有制备工艺成熟、工作原理明确等优点，但制备工艺较为复杂，制造成本又高，还需要很高的驱动电压，这些缺点限制了它们的应用前景和应用范围。在过去的几十年中，低成本、加工简便、耗材少的光电材料，比如有机材料、纳米材料以及纳米复合材料在柔性大面积探测器领域表现出很大的应用潜力。但从2016年左右，钙钛矿材料开始成为光电子学的闪耀新星，在光学、光电子学成为研究热门，从零维的量子点到一维的纳米线，再到二维薄膜和三维的钙钛矿单晶。钙钛矿单晶由于其显著的光学和光电子学特性，包括可调谐的直接带隙、高载流子迁移率、电子空穴扩散长度长、吸收系数大、易于与各种半导体材料集成等，引起了光电子学领域的广泛关注。钙钛矿的通式为：ABX₃[A＝CH₃NH₃⁺(methylammonium,MA⁺),CH(NH₂)₂⁺(formamidinium,FA⁺),or Cs+；B＝Pb²⁺，Sn²⁺，or Ge²⁺；X＝I-,Br-,Cl-ormixturesthereof]，和其它类似的晶体结构，例如著名的CaTiO₃。这些独特的特性使钙钛矿材料成为各种光电器件的有前途的候选材料，如光伏、光致发光器件和光电探测器。

高选择性的窄带光电探测器在生物医学传感、机器视觉及图像处理等方向都有极大的应用价值。传统的方式是由光学滤波片或光谱仪对宽带光谱进行滤波或分光，再结合宽带光电探测器件检测，从而实现对波长的鉴别。但这种实现方式的成本高、系统体积大。

发明内容

本发明提出了一种性能优异的基于全无机钙钛矿溴铅铯单晶/有机无机杂化钙钛矿甲基胺溴化铅单晶异质结的窄带光电探测器及其制备方法，旨在实现特定波段的高选择性的探测。

为实现目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于溴铅铯/甲基胺溴化铅单晶异质结的窄带光电探测器，其特点在于：所述窄带光电探测器是通过CsPbBr₃单晶与MAPbBr₃单晶所构成的异质结实现光的探测。

本发明所述窄带光电探测器的制备方法为：首先通过蒸发溶剂法制备CsPbBr₃单晶，再通过逆温法在CsPbBr₃单晶的上表面和四周外延生长MAPbBr₃单晶，构成CsPbBr₃/MAPbBr₃单晶异质结，最后利用碳浆制作上下电极，即获得窄带光电探测器。具体包括如下步骤：

步骤1、制备CsPbBr₃单晶

将PbBr₂和CsBr按摩尔比1：1加入到DMSO中，搅拌至完全溶解后置于敞口容器中，再置于35-40℃的热台上，等待单晶析出，获得CsPbBr₃单晶；