[发明专利]一种基于CsPbBr3全无机钙钛矿纳米线的可见光光电探测器及其制备方法

摘要

本发明提出了一种基于CsPbBr₃全无机钙钛矿纳米线的可见光光电探测器及其制备方法，器件的结构为透明玻璃/CsPbBr₃钙钛矿纳米线薄膜/Au,其中通过无皂溶液法与离子交换法结合的两步法合成的CsPbBr₃纳米线薄膜为钙钛矿吸光层。此器件展示了大的开关比和很强的水氧稳定性，在平均温度32oC，平均相对湿度75％的大气环境下放置约200h，其光电流衰减幅度小于4.9％；器件在强度为2.2mW cm^‑2紫外光的持续照射10000s后器件光暗电流没有明显的衰减；该探测器光电探测范围为300‑540nm的可见光。该器件制作工艺简单，成本低，适合于大批量、大面积产业化生产。器件暗电流非常小，仅为100pA，有利于节约能源。本发明制作的探测器具有较高的响应度和探测灵敏度。

主权项

1.一种基于CsPbBr₃全无机钙钛矿纳米线的可见光光电探测器，它主要由透明玻璃、钙钛矿吸光层、金属电极组成，其特征在于结构为透明玻璃/CsPbBr₃钙钛矿纳米线薄膜/Au的全无机钙钛矿平面探测器结构；其中透明玻璃层为衬底；通过无皂溶液法与离子交换法结合的两步法合成的CsPbBr₃钙钛矿纳米线薄膜是吸光层，也是兼具电子空穴传输功能的材料；金属电极是由Au叉指结构组成；所述可见光光电探测器的具体制备步骤如下：(1)分别用去离子水、丙酮、酒精超声透明玻璃衬底各20分钟，然后用紫外臭氧环境处理30分钟；(2)采用无皂溶液法制备非钙钛矿相CsPbI₃纳米线薄膜先将1M PbI₂溶解在DMF(N,N‑二甲基甲酰胺)中，在70℃条件下保温12h使之充分溶解，然后过滤备用；将CsI溶解在甲醇溶液中搅拌20分钟备用；PbI₂溶液采用5000转60秒旋涂在透明玻璃衬底上，然后在热台上烤干，15分钟后，将带有PbI₂薄膜的衬底放置于CsI/甲醇溶液中浸泡6小时，然后烤干；(3)用离子交换法将非钙钛矿相CsPbI₃纳米线薄膜转化为非钙钛矿相CsPbBr₃纳米线薄膜先将CsBr溶解在甲醇溶液中搅拌20分钟备用；将(2)步中得到的制备的非钙钛矿相CsPbI₃纳米线薄膜浸泡于CsBr/甲醇溶液中5分钟后取出；将异丙醇采用2500转20秒旋涂在带有纳米线薄膜的衬底上，放置于热台上烤干；(4)待(3)步中得到的非钙钛矿相CsPbBr₃纳米线薄膜完全烤干后，将热台温度快速提升到145℃～195℃的空气中退火，并在此温度下保持10分钟；待其颜色完全转变后取出，自然恢复到室温；通过退火将非钙钛矿相CsPbBr₃纳米线薄膜转化为钙钛矿相CsPbBr₃纳米线薄膜；(5)最后采用蒸镀法覆盖金电极，蒸发前将叉指间距为100μm叉指掩膜板置于纳米线薄膜上，蒸发速率为蒸镀的Au电极的厚度最终为60‑80nm；(6)检测样品性能所制备样品在300‑450nm范围的可见光照射并施加5V外部反向偏压时，有明显的光电响应；至此，即可制作成一个完整的平面结构可见光的光电探测器。