[发明专利]一种可见/红外光谱可切换双频探测成像的钙钛矿器件

说明书

本发明公开了一种可见/红外光谱可切换双频探测成像的钙钛矿器件，从下至上，包括依次连接的FTO导电玻璃、NiO_x空穴传输层、MAPbI₃活性层、PCBM电子传输层、TiO₂电子传输层/保护层、MA_0.5FA_0.5Pb_0.5Sn_0.5I₃钙钛矿光活性层、P3HT空穴传输层和Ag电极。本发明制备的MAPbI₃和MA_0.5FA_0.5Pb_0.5Sn_0.5I₃钙钛矿光响应活性层可以通过调控旋涂参数来更改钙钛矿薄膜的厚度、晶粒尺寸、结晶性等，最终获得的钙钛矿薄膜厚度均匀、粒径均一、结晶性好，且钙钛矿具有双激子传输的性质，不会对任何一种载流子产生抑制作用，这些有利因素使本发明得到的可见/红外光谱可切换双频探测成像器件具有探测率高、模式切换及响应速度快等优势，可实现高性能可见/红外光谱可切换双频探测及成像。

技术领域

本发明涉及卤化物钙钛矿光响应薄膜制备技术领域，特别是一种可应用于可见/红外光谱可切换双频光电探测及高分辨成像等领域的钙钛矿器件。

背景技术

近年来，卤化物钙钛矿作为一种新型的光电材料受到了广泛的关注，因为它结合了良好的溶液加工性和优良的本征光电性能，包括可调谐带隙、与晶体硅和III-V族半导体相当的高陷阱耐受性和平衡的空穴/电子迁移率。因此，这些材料在光电器件方面的应用上取得了很大的成功，钙钛矿型光电探测器展现出对弱光的敏感性和低噪声电流，这使在光探测器件的研究中具有重大潜力。

通常而言，诸如Si、GaAs、GaP、Ge、PbS和InGaAs的低带隙无机半导体材料被广泛用作将光子转换成数字信号的光活性层，因此单个传感器件中可见光和近红外光子之间的传感串扰是不可避免的。器件中可见光和近红外光子光谱信息的识别，在很大程度上依赖于二向色棱镜、拜耳膜或干涉滤光片等光学元件，这不仅大大增加了传感系统的制作复杂度，而且降低了目标光子强度。因此，在没有外部元件的单个光电探测器，实现对可见/红外谱可切换的双频探测是非常具有挑战性的。迄今为止，人们尝试了大量的方法来实现双频探测。有使用具有双波段光响应活性材料的，如中国专利（201810661752.0）公布了一种双光谱响应的有机探测器件的制备方法及其用途，该发明包括至下而上的透明衬底，导电阳极，阳极缓冲层，光敏感层，阴极缓冲层，金属阴极构成 ，其光敏感层由吸收波段在500 nm~700nm的给体材料和吸收波段在300 nm~400 nm的受体材料混合而成。但此专利所公布的双光谱响应的有机探测器件同时对两种波段都有响应，无法对两种波段进行调制从而实现两种波段下响应的可控切换。因此，人们尝试通过将两种成熟材料的堆垛方法进行了探索，如Ge/Si、HgCdTe、量子阱和Ⅱ型超晶格等。然而，这些双频探测器通常要通过分子束外延或化学气相沉积这类昂贵、缓慢、高温的反应条件才能获得。此外，这些器件还面临着晶格失配较大、活性层间均匀性差、严格的低温操作的要求等困难。如中国专利（201810618714 .7）公布了一种单片式n-i-p-i-n型宽光谱光电探测器的制备方法及其工作机制，发明使用n-i-p-i-n型结构构筑了响应1.7 μm以下谱段和1.7~2.5μm谱段的红外双频探测器，通过电极偏置的切换实现响应光谱的调制。尽管取得了一些进展，但由于载流子受到厚的多层膜和不可避免的异质结处反向内置势垒的限制，这些双频光电探测器仍然存在着微弱的信噪比，使得多层光活性层的电性能尚未稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可用于可见/红外光谱可切换双频探测与成像的钙钛矿器件。