[发明专利]一种铅锡二元钙钛矿光电探测器及其制备方法

说明书

本发明涉及探测器制备技术领域，公开了一种铅锡二元钙钛矿光电探测器及其制备方法，主要由依次层叠设置的衬底、阳极、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层和阴极组成，钙钛矿层的材料的化学式为CH₃NH₃Pb_xSn_1‑xI₃，其中CH₃NH₃Pb_xSn_1‑xI₃材料具备可见光和近红外响应。本发明使用了叠层的方法，利用锡替换部分铅制备铅锡二元钙钛矿光电探测器，使用了同时具有高可见光响应特征和宽近红外响应特征的铅锡二元钙钛矿，制备的探测器在维持可见光部分高外量子效率的同时，还兼具了较宽的光谱响应。

技术领域

本发明涉及探测器制备技术领域，具体涉及一种铅锡二元钙钛矿光电探测器及其制备方法。

背景技术

近年来，有机/无机杂化钙钛矿由于具有高的光吸收系数、低的激子束缚能和长的载流子扩散距离等优点受到研究人员极大的关注，在短短十年时间钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已从3.8％提高到超过23％。由于制备过程与传统的有机/聚合物光电器件极为相似，因此有机/无机杂化钙钛矿光电器件在消费类电子产品、家用器具、智能建筑照明、工业、生产安全、卫生保健和生命科学、环境、玩具和教育领域有着广泛的应用前景。

最近，研究人员开始把钙钛矿应用于光电探测器领域。2014年，杨阳等人首先将钙钛矿作为光敏层制备出高效率的光电探测器(Dou,L.；Yang,Y.M.；Dou,J.；Hong,Z.；Chang,W.-H.；Li,G.；Yang,Y.,Nat.Commun.2014,5,5404-5409)。在这个探测器中，研究者们巧妙地使用了一种可以做耦合层的聚合物，该聚合物成功地抑制了漏电流的注入，降低了器件的暗电流密度，最终，器件的探测率高达10¹⁴Jones。黄劲松等人利用另一种聚合物N4,N4’-bis(4-(6-((3-ethyloxetan-3-yl)methoxy)hexyl)phenyl)-N4,N4’-diphenylbiphenyl-4,4’-diamine(OTPD)替换PEDOT：PSS，也成功地降低了器件的暗电流密度，制备出了高效率的钙钛矿探测器(Fang,Y.；Huang,J.,Adv.Mater.2015,27,2804-2810)。Paul等人通过优化传输层厚度制备出低暗电流密度和高归一化探测率的钙钛矿光电探测器(Lin,Q.；Armin,A.；M.Lyons,D.；L.Burn,P.；Meredith,P.,Adv.Mater.2015,27,2060-2064)。

对光电探测器而言，外量子效率和光谱响应范围是两个重要参数。以上提到的几种钙钛矿光电探测器虽然都取得了一定的效果，但这些探测器都是基于铅基钙钛矿制备的，其最高响应波长只能达到800nm。需要进一步拓展器件的光谱响应范围，以满足更多实际应用的需求。

铅基钙钛矿光电探测器不能实现较宽的光谱响应，究其原因是铅基钙钛矿的禁带宽度大约为1.55eV，这极大地限制了探测器对近红外光的探测。近年来出现了一种新型的锡基钙钛矿材料，由于锡基钙钛矿较窄的禁带宽度，其吸收的波长可以达到1100nm。于是利用锡基钙钛矿制备的探测器具有实现近红外光探测的潜力。但是相比铅基钙钛矿光电探测器在可见光范围内高外量子效率的优点，锡基钙钛矿探测器在可见光范围的外量子效率非常低。

发明内容

基于以上问题，本发明提供一种铅锡二元钙钛矿光电探测器及其制备方法，使用了同时具有高可见光响应特征和宽近红外响应特征的铅锡二元钙钛矿，制备的探测器在维持可见光部分高外量子效率的同时，还兼具了较宽的光谱响应。