[发明专利]以4-氨基-2,3,5,6-四氟苯甲酸为掺杂剂的宽带近红外光电探测器及其制备方法

说明书

一种以4‑氨基‑2,3,5,6‑四氟苯甲酸为掺杂剂的宽带近红外光电探测器及其制备方法，属于光电探测技术领域。探测器由ITO阳极、PTAA空穴传输层、掺杂4‑氨基‑2,3,5,6‑四氟苯甲酸的FA_0.85Cs_0.15Pb_0.5Sn_0.5I₃钙钛矿活性层、C₆₀电子传输层、BCP空穴阻挡层和Cu阴极组成，掺杂4‑氨基‑2,3,5,6‑四氟苯甲酸的钙钛矿活性层可以吸收紫外、可见及近红外波段的光，波长范围从300～1050nm，具有优异的光吸收系数，高的载流子迁移率以及良好的载流子扩散长度，可以起到钝化钙钛矿表面和晶界缺陷的作用，降低了器件的暗电流、噪声电流，提升了探测性能，实现了宽谱段近红外探测。

技术领域

本发明属于光电探测技术领域，具体涉及一种基于有机无机杂化锡铅钙钛矿的以4-氨基-2,3,5,6-四氟苯甲酸为掺杂剂的宽带近红外光电探测器及其制备方法。本发明应用有机无机杂化锡铅混合钙钛矿，采用4-氨基-2,3,5,6-四氟苯甲酸作为掺杂剂，在拓宽钙钛矿光电探测器的光探测范围，提升探测灵敏度以及降低噪声方面有所贡献。

背景技术

光电探测器是直接将光信号转化为电信号的器件，可以广泛应用于医学成像、图像传感、光通信、环境监测以及军事探测等领域，无论在军事还是国民经济领域都有重要的应用价值。钙钛矿材料具有高的光吸收系数、高的载流子迁移率、长的激子扩散长度、双极性载流子传输能力和可调的带隙等优点，在光电探测领域受到研究者们的青睐。一般的铅基钙钛矿在可见光领域展现了高的吸收能力，但是无法吸收更宽波段的光，使得红外波段探测的应用受到限制。如何制造出能探测更宽波段的光，同时保持高探测率的钙钛矿光电探测器成为领域内一个重要问题。一些研究者发现锡铅混合钙钛矿可以很好地解决这个问题，而基于锡铅钙钛矿的光电探测器探测范围可以达到1050nm，并且在近红外表现出很高的光谱响应。

然而，锡基钙钛矿具有一个不可忽视的问题，二价锡容易氧化成四价锡，这样在钙钛矿里会产生很多空位从而导致缺陷的产生，而缺陷会极大地降低光电探测器的性能。所以相关研究必须制造探测率高、噪声低以及宽波段的探测器。

发明内容

本发明的目的是采用简单的工艺提供一种以4-Amino-2,3,5,6-tetrafluorobenzoic Acid(4-氨基-2,3,5,6-四氟苯甲酸，分子式为C₇H₃F₄NO₂，分子量为209.0978)材料为掺杂剂的基于有机无机杂化锡铅混合钙钛矿的宽带近红外光电探测器及其制备方法。

4-氨基-2,3,5,6-四氟苯甲酸的分子式如下：

其中，氟化基团具有一定的疏水性，而氨基和羧基可以钝化未配位的铅和锡离子。本发明首次将4-氨基-2,3,5,6-四氟苯甲酸应用于光电探测器领域。

该锡铅钙钛矿光电探测器的器件结构从下至上依次为：ITO阳极、PTAA空穴传输层、掺杂4-氨基-2,3,5,6-四氟苯甲酸的FA_0.85Cs_0.15Pb_0.5Sn_0.5I₃钙钛矿活性层、C₆₀电子传输层、BCP空穴阻挡层和Cu阴极。光电探测器的掺杂4-氨基-2,3,5,6-四氟苯甲酸的FA_0.85Cs_0.15Pb_0.5Sn_0.5I₃钙钛矿活性层可以吸收紫外、可见及近红外波段的光，波长范围从300～1050nm，实现了宽谱段近红外探测。在钙钛矿中掺杂一定量的4-氨基-2,3,5,6-四氟苯甲酸，可以起到钝化钙钛矿表面和晶界缺陷的作用，主要是与未配位的铅、锡离子结合，从而降低了器件的暗电流、噪声电流，提升了探测性能。