[发明专利]全无机钙钛矿微米片、肖特基型紫外光电探测器及制法

说明书

本发明提供全无机钙钛矿微米片、肖特基型紫外光电探测器及制法。微米片的制备方法包括：步骤1.配制CsPbCl₃溶液；步骤2.将CsPbCl₃溶液滴加到衬底上，然后将另一片衬底覆盖在滴有CsPbCl₃溶液的衬底上，得到夹设有CsPbCl₃溶液的双层衬底；步骤3.将双层衬底移入盛有反溶剂的容器中，并使衬底高于液面，然后将容器密封；步骤4.将容器置于热台上，在30～70℃下，生长12～96h，最终在衬底上生长出CsPbCl₃钙钛矿微米片。进一步基于此制备得到具有ITO左电极/钙钛矿微米片/ITO右电极结构的探测器，该探测器具有响应度高、灵敏度高、响应恢复时间快等优点，并对紫外光具有选择性探测能力。

技术领域

本发明属于光电器件领域，具体涉及一种全无机钙钛矿微米片，和包含该微米片的肖特基型紫外光电探测器，以及微米片与探测器的制备方法。

技术背景

光电探测器在现代国民生产及军事安全领域都发挥着至关重要的作用，因此近年来，一直是研究人员比较关注的热点之一。目前商业化的探测器主要还是基于硅和砷化镓等传统半导体材料，但是由于硅和砷化镓等材料带隙难以调节，造成了其光谱选择性探测差的缺点，通常需要使用滤光片来实现选择性探测，这大大增加了探测器的成本和工艺的复杂性。因此，为了实现选择性探测，研究人员希望找到一种带隙可调的半导体材料。由于金属卤化物钙钛矿材料通过卤素原子的改变可以调节其带隙，因而近年来受到了人们的极大关注。

金属卤化物钙钛矿是指ABX₃结构的材料，其中A为甲胺(CH₃NH₃⁺)、甲脒(CH(CH₂)₂⁺)、铯(Cs⁺)等阳离子，B为铅(Pb²⁺)、锡(Sn²⁺)、铋(Bi²⁺)等，X为卤素或类卤素原子。有机-无机杂化金属卤化物钙钛矿在2009年首次用于太阳能电池，随后几年时间内，其电池转化效率由最初的3.9％攀升到23.7％。这主要得益于钙钛矿材料优异的物理特性，包括吸收系数高、载流子寿命长、扩散长度长等。而这些优异的特性也促进了钙钛矿材料在激光、电致发光、光电探测等方面的运用。特别是钙钛矿材料通过卤素原子的改变可以轻易调节其带隙，使得它在光谱选择性探测领域具有独特的优势，可以实现紫外-可见-红外光的选择性探测。比如在2017年张福俊教授课题组报道了一种铅锡混合有机-无机杂化钙钛矿，实现了从紫外-可见-红外光(探测波段300nm-1050nm)的宽波段探测(Wenbin Wang,DeweiZhao,Fujun Zhang,Ludong Li,Mingde Du,Changlei Wang,Yue Yu,Qianqian Huang,MiaoZhang,Lingliang Li,Jianli Miao,Zheng Lou,Guozhen Shen,Ying Fang,and YanfaYan.Highly Sensitive Low-Bandgap Perovskite Photodetectors with Response fromUltraviolet to the Near-Infrared Region.Advanced Functional Materials,2017,27,1703953)。同年，Laura M.Herz课题组利用染料分子与钙钛矿的复合薄膜，甚至将探测波段扩展到1500nm(Qianqian Lin,Zhiping Wang,Margaret Young,Jay B.Patel,RebeccaL.Milot,Laura Martinez Maestro,Richard R.Lunt,Henry J.Snaith,MichaelB.Johnston,and Laura M.Herz.Near-Infrared and Short-Wavelength InfraredPhotodiodes Based on Dye–Perovskite Composites.Advanced Functional Materials,2017,1702485)。这完全达到了商业化硅基探测器的水平，有望取代硅成为下一代光电探测材料。由于钙钛矿带隙可调的特点，在窄谱探测方面更显示出其巨大的潜力。在2016年，研究人员就已经实现了紫、蓝、绿、红光的选择性探测，其光谱带宽小于100nm，预示了钙钛矿材料在成像、监控等领域的运用潜力(Makhsud I.Saidaminov,Md.Azimul Haque,MaximeSavoie,Ahmed L.Abdelhady,Namchul Cho,Ibrahim Dursun,Ulrich Buttner,ErkkiAlarousu,Tom Wu,and Osman M.Bakr.Perovskite Photodetectors Operating inBoth Narrowband and Broadband Regimes.Advanced Materials,2016,28,8144)。但是上述探测器主要还是基于有机-无机杂化钙钛矿，这类钙钛矿中由于有有机分子的存在，很容易在水氧条件下分解，从而造成稳定性的问题，这也是钙钛矿器件商业化运用面临的重要问题。