[发明专利]一种稳定的高性能钙钛矿光电探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种稳定的高性能钙钛矿光电探测器，包括基底、钙钛矿材料光吸收层、2,7‑二辛基[1]苯并噻吩并[3,2‑b]苯并噻吩有机半导体层以及电极四部分。本发明的制备方法，包括以下步骤：基底准备与清洗、处理；配制钙钛矿材料前驱体溶液；使用旋涂、刮涂及印刷方式制备钙钛矿材料薄膜，得到高质量钙钛矿材料光吸收层；配制2,7‑二辛基[1]苯并噻吩并[3,2‑b]苯并噻吩溶液；使用旋涂、刮涂及印刷方式在钙钛矿光吸收层上沉积制备2,7‑二辛基[1]苯并噻吩并[3,2‑b]苯并噻吩有机半导体层；采用蒸镀制备电极。本发明的产品具有响应时间快、光响应度高、空气中稳定等优点，具有重要的应用前景。

技术领域

本发明属于光电器件领域，具体涉及一种稳定的高性能钙钛矿光电探测器及其制备方法

背景技术

光电探测器是指能够将入射光信号(红外、可见、近红外区域)转换成电信号(电流或电压)信号的光电器件，被广泛应用于生物传感、光学成像、光通信、环境监测、国防军工等领域。目前，传统的光电探测器主要采用无机材料制备，如硅、二硫化钼、铟镓砷等。

最近几年，有机-无机杂化的卤化物钙钛矿材料逐渐发展起来，其主要是指CH₃NH₃PbX₃(X＝Cl，Br，I)材料。由于此类钙钛矿材料具有优秀的半导体性质，如合适的直接带隙宽度(～1.6eV)、小的激发结合能(～20meV)、宽的吸收带宽(300～900nm)、长的激子扩散长度(100～1000nm)、长的载流子寿命等，其在光伏领域得到了广泛研究。到目前为止，钙钛矿太阳能电池的最高光电转换效率已经达到22.1％。同时作为优秀的半导体材料，钙钛矿材料在光电探测器、发光二级管、激光器件方面也有所应用。目前，已经发展了一些钙钛矿与无机材料复合的光电探测器件，并在性能上得到了提升，逐渐成为了研究热点。如石墨烯/钙钛矿结构、钙钛矿/二硫化钨结构，这些复合结构已获得了良好的光响应性能(Adv.Mater.2015,27,1；Adv.Mater.2016,28,19；Adv.Optical.Mater.2015,3,10)。众所周知，钙钛矿材料对水分子非常敏感，暴露在空气中时，钙钛矿材料会与空气中的水发生反应，导致钙钛矿材料分解而失效。因此，通过合适的手段提高钙钛矿材料或器件在空气中的稳定性，是提高钙钛矿光电器件使用寿命和推进钙钛矿光电探测器实用化的关键，也成为了发展钙钛矿材料实际应用的关键技术，

2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩(C8BTBT)，是一类具有制备简单、成本低、可低温制备的优秀有机半导体材料，并且具有非常好的空气稳定性和高的空穴迁移率(Org.Electron.2016,36,73；Nat.Commu.2014,5,3005.)。本发明结合钙钛矿与2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩材料的各自优势，利用2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩的高迁移率与空气稳定性，开发出了一种空气稳定的高性能钙钛矿光电探测器件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种光电探测性能优秀、空气中性能稳定的钙钛矿光电探测器，并提供一种工艺过程简单、产品性能好、成本低的前述稳定的高性能钙钛矿光电探测器的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种稳定的高性能钙钛矿光电探测器，所述光电探测器包括基底、钙钛矿材料光吸收层、2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩有机半导体层以及电极层四部分，钙钛矿材料光吸收层厚度为50nm到1000nm之间，2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩有机半导体层厚度为20nm到60nm之间。