[发明专利]一种宽光谱探测器件及其制备方法

说明书

本发明属于有机光电子技术领域，公开了一种应用高响应度的钙钛矿/聚合物混合薄膜的可见‑近红外宽光谱探测器件及其制备方法，用于解决钙钛矿宽光谱探测器件光响应度低、钙钛矿与有机接触缺陷多等问题。本发明提供的钙钛矿/聚合物混合薄膜的宽光谱探测器采用平面结构，从下到上依次为：衬底，透明导电阳极ITO，空穴传输层，钙钛矿/聚合物混合掺杂光活性层，电子传输层，金属阴极。其中，钙钛矿/聚合物混合掺杂光活性层由钙钛矿/双功能双二苯甲酮加合物(BP‑BP)/聚合物组成。通过引入交联剂BP‑BP，改善了钙钛矿与聚合物之间的接触，使缺陷态降低，增加光电流，提高光响应度。本发明提及的可见‑近红外宽光谱探测器件在图像传感应用广泛，在科学、工业和日常生活等领域有着很大的应用前景。

技术领域

本发明属于有机光电子技术领域，具体涉及一种应用高响应度的钙钛矿/聚合物混合薄膜的可见-近红外宽光谱探测器件及其制备方法。

背景技术

目前，硅、铟砷化镓和氮化镓是一种用于制造图像传感器光电探测器理想的无机材料，由于其低噪声、大带宽、高探测能力、扩展的线性动态范围和快速的光敏反应应用于消费电子、工业和学术研究等领域。然而，这些薄膜的制备需要采用金属-有机化学气相沉积的方法，这种方法要求很高的真空度和温度，从而削弱了无机材料大规模生产的潜力。近年来，有机材料的溶液处理产生了具有较高外量子效率、宽谱响应和快光响应的有机探测器。除了低温度制备和生产过程的可及性外，这些特性使有机材料成为无机材料的一个很有前景的替代品。在这些候选有机材料中，有机金属卤化物(一般公式ABX₃，A＝CH₃NH₃，HC(NH₂) ₂，或Cs；Pb或Sn；X＝Cl、Br或I)是新一代的光伏材料，引起了相当大的兴趣。在短短6年时间内，由于钙钛矿材料特殊光学性质，包括直接带隙，大吸收系数，长激子扩散长度，以及高空穴迁移率，使这些杂化钙钛矿光伏器件的能量转换效率(PCE)从3.8％增加到20％。最近，这些突出的性能被用来制造超快光响应时间的钙钛矿探测器。然而，基于CH₃NH₃PBI₃的钙钛矿由于窄的带隙(≈1.6eV)通常光响应限制在800nm,相对于其他带隙较宽的聚合物探测器阻碍了在全光谱范围有效收集光子。在近红外区域，扩大光吸收的范围是提高钙钛矿探测器性能的一种有效的策略。实现更高的外量子效率和更宽的光谱响应是生产具有更好性能的钙钛矿探测器的关键。

发明内容

针对现有技术中，基于CH₃NH₃PBI₃的钙钛矿由于窄的带隙(≈1.6eV)通常光响应限制在 800nm,阻碍了在全光谱范围有效收集光子的问题。本发明提供一种应用高响应度的钙钛矿 /聚合物混合薄膜的可见-近红外宽光谱探测器件及其制备方法，其目的在于：提供一种光响应度高的宽光谱探测器件。

本发明采用的技术方案如下：

一种应用高响应度的钙钛矿/聚合物混合薄膜的可见-近红外宽光谱探测器件，从下到上依次为：衬底，ITO阳极，空穴传输层，吸收可见光的钙钛矿活性层，聚合物层，电子传输层和金属阴极；所述聚合物层吸收近红外波段。

采用该技术方案后，通过吸收可见光的钙钛矿活性层和吸收近红外的聚合物层结合，能够将器件对光的响应拓宽到300-1000nm，且具有高的响应度。

优选的，钙钛矿活性层和聚合物层之间还有超薄修饰层，所述超薄修饰层的材料为双功能双二苯甲酮加合物(BP-BP)，厚度为5-10nm。

采用该优选方案后，通过引入交联剂BP-BP，改善了钙钛矿与聚合物之间的接触，使缺陷态降低，增加光电流，提高光响应度。

优选的，构成所述空穴传输层的材料为聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT： PSS)，由水分散液制备而成，水分散液的浓度为0.5～2mg/ml。