[发明专利]一种高稳定、低暗电流全无机钙钛矿光电探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种全无机钙钛矿光电探测器及其制备方法。所述倒置结构光电探测器包括透明导电正电极、超薄氧化铝层、全无机钙钛矿光吸收层、电子传输层、金属负电极。所述制备方法是采用ALD沉积超薄氧化铝薄膜和氧化钛薄膜，制得器件暗电流低、稳定性高，器件暴露空气超过100天仍然表现出良好的光电性能。在钙钛矿与金属电极界面引入超薄氧化钛薄膜，实现界面能带匹配，提高器件了响应速度和灵敏度。本发明制备方法适用于柔性探测器制作，为实现无机钙钛矿光电探测器及其柔性器件产业化，提供一种有效、可行、低成本的方案。

技术领域

本发明属于新型全无机半导体光电探测制备技术领域，具体涉及一种高稳定、低暗电流全无机钙钛矿光电探测器及其制备方法。

背景技术

有机/无机杂化金属卤化物钙钛矿(通用化学式为ABX₃)具有载流子扩散距离长，载流子迁移率高、光吸收系数大、激子扩散距离长等优异的光电特性，在光电子应用领域有广泛的应用；如太阳能电池、光电探测器、发光二极管、量子点显示等领域。近年来，得益于钙钛矿电池合适的禁带宽度、高吸收系数，有机/无机杂化钙钛矿材料被认为是构建高性能探测器最合适的光电材料。2014年加州大学Yang课题组率先报道了PCBM/CH₃NH₃I_3-xCl_x/PEDOT:PSS钙钛矿光电探测器，该性能明显高于大部分有机光电探测器(NatureCommunications 2014,5,5404.)。然而，由于该材料中的有机阳离子缺陷对环境热、湿度、紫外光等比较敏感(Advanced Energy Materials 2015,5(15),1500477.NatureCommunications 2018,9(1),4981.)，其不稳定性极大地限制了其在光电探测领域的实际应用范围。

全无机金属卤化物CsPbX₃(X＝Cl，Br，I)具有载流子扩散距离长、高载流子迁移率以及高吸收系数等优异的光电性能，与杂化钙钛矿材料相比，无机钙钛矿被认为是具有更优的湿度稳定性(Nature Communications 2018,9(1),2225.)，同时易于溶液制备、工艺成本低，有望取代杂化钙钛矿材料拓展其在光电子领域范围。近年来，有关铯铅溴无机钙钛矿(CsPbBr₃)在光电探测领域的应用取得一定进展，如Li等用CNT/CsPbBr₃纳米片/CNT组合，构建了光电导型光电探测器，在10V偏压条件下，器件响应度为31.1A/W，线性动态范围(LDR)为85dB(Li,X et al,ACS Nano,2017.11(2))。湖北大学王浩等人分别采用旋涂、水浴、两步法、蒸镀等方法，制备了ZnO/CsPbBr₃/MoO₃结构光电探测器(CN107275434A)，引入载流子传输层ZnO、MoO₃，器件虽然展示0.45A/W的响度和10¹³Jones的探测率。然而，器件的长时间稳定性并未给出，最重要的是器件暗态条件下漏电流大(10^-7A)，器件开关比很小。由于界面传输层比较厚，导致器件的响应速度慢(秒级)。综上，尽管CsPbBr₃无机钙钛矿被报道用于探测器，但绝大部分光电器件的探测率仍较低、线性动态范围较窄。一方面这是源于无机钙钛矿薄膜制备方法的局限性，无法获得高结晶质量薄膜，且电荷传输层薄膜的厚度太厚且难以控制；另一方面是源于器件结构设计，导致界面缺陷态引入，光生电荷复合增加。上述原因导致大部分报道的器件的暗电流大，探测灵敏极限不足、响应度低。如何同时实现器件低暗电流、高响应度、快响应及高稳定性是亟待解决的热点问题，具有重要的研究价值。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种高稳定、低暗电流全无机钙钛矿光电探测器的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述方法制备得到的一种高稳定、低暗电流全无机钙钛矿光电探测器。

本发明目的通过以下技术方案实现：