[发明专利]一种无甲胺锡基钙钛矿单晶的制备方法和光电探测器

说明书

本发明公开了一种无甲胺锡基钙钛矿单晶的制备方法和光电探测器。本发明开发了一种适用于低噪声光电探测器制备的锡基钙钛矿单晶。在锡基钙钛矿单晶溶液生长制备的后期，将锌副族金属阳离子(Zn²⁺、Cd²⁺或者Hg²⁺)引入到无甲胺锡基钙钛矿单晶生长溶液中，利用微量的软酸锌副族金属阳离子与软碱卤素阴离子强烈键合，并可以在不引入额外内部缺陷情况下，原位钝化锡基钙钛矿单晶在生长后期浅表面形成的点空位，进而抑制晶体表面Sn²⁺的氧化，大幅降低光电探测器的暗电流，进而能够有效降低现有无甲胺锡基钙钛矿探测器中噪声问题，并提高信噪比，从而制备得到高性能的无甲胺锡基钙钛矿单晶光电探测器。

技术领域

本发明属于光电器件领域，具体涉及一种无甲胺锡基钙钛矿单晶的制备方法和光电探测器。

背景技术

三维有机-无机卤化铅钙钛矿，由于其直接带隙，有着消光系数高和吸收范围宽等特点，此外其载流子传输长度和低本征载流子浓度的优点也引起了广泛的研究兴趣。此外，研究表明钙钛矿单晶材料相对于钙钛矿薄膜材料而言，具有更低的陷阱密度和更高迁移率，成为了制备高性能光电探测器的理想材料。三维钙钛矿单晶，其中最为典型的是甲胺(MA)三维钙钛矿单晶MAPbX₃，但由于该结构受热易导致MA损失，从而阻碍了甲胺三维钙钛矿的进一步发展及应用，而容易氧化的锡基三维钙钛矿单晶MASnX₃面临的问题更为严重。

鉴于此，混合阳离子替代甲胺的方案出现，其基本结构式同样为ABX₃，不过A是甲脒(FA)或铯(Cs)等阳离子的混合，代表了一种很有前途的新结构，可以大大提高稳定性。但这种结构的无甲胺体系三维钙钛矿单晶在综合性能方面仍稍逊于甲胺体系三维钙钛矿单晶，其主要原因是此类钙钛矿单晶具有高的缺陷态密度。最近，有研究表明胍(GA)的引入可以大幅降低卤素阴离子的缺陷密度，但三元混合阳离子钙钛矿单晶中A位离子的无序结晶容易导致其他类型缺陷的形成。更为重要的是，混合阳离子中大量的缺陷还加剧了Sn的氧化，尤其是晶体浅表面部分，被认为是缺陷的主要来源。为了进一步提高无甲胺锡基钙钛矿单晶的质量，并用于制备低噪声光电探测器，一种有效的方式就是在晶体生长过程中抑制晶体浅表面的氧化并阻碍缺陷的形成。添加掺杂剂是一种熟知的办法，现有的钙钛矿单晶也有许多已报道的掺杂尝试，但掺杂剂的引入通常容易在晶体内部形成额外的缺陷态，反而不利于探测器的探测性能。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种无甲胺锡基钙钛矿单晶的制备方法和光电探测器，基于改性的生长工艺抑制无甲胺锡基钙钛矿单晶在浅表面形成缺陷，从而制备低噪声锡基钙钛矿单晶光电探测器的方法。

本发明通过以下技术方案予以实现：