[发明专利]一种基于钙钛矿单晶薄膜的超快光电探测器

说明书

本发明公开了一种基于钙钛矿单晶薄膜的超快光电探测器，属于光电探测器技术领域。本发明的基于钙钛矿单晶薄膜的超快光电探测器包括依次层叠设置的衬底层、背电极层、第一载流子传输层、界面修饰层、光吸收层、第二载流子传输层、顶电极层和封装层；其中，所述的光吸收层为单晶钙钛矿薄膜。本发明的单晶钙钛矿超快光电探测器具有超快的响应速度、极高的光电转换效率及较强的稳定性，制备方法简单，成本低，而且重复性好，可以实现小面积器件阵列，充分利用了钙钛矿单晶薄膜自身的性能优势，在光电通信等领域中具有十分潜在的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种基于钙钛矿单晶薄膜的超快光电探测器，属于光电探测器技术领域。

背景技术

有机-无机杂化钙钛矿材料是近年来一种新起的光电材料，其成本低廉，能带带隙合适且属于直接带隙材料，具有极长的载流子扩散长度及极强的光吸收能力，同时，钙钛矿材料具有优良的双极性载流子输运特性，有望实现高性能光电探测器。此外，钙钛矿材料可通过溶液法加工，制备条件温和，与衬底具有优异的兼容性，适合于高性能低成本钙钛矿光电探测器的应用。然而，目前已经报道的基于溶液法制备的钙钛矿薄膜多为多晶薄膜，成膜过程中引入的晶界、孔洞、结构缺陷等会严重降低其光电性能。最为明显的缺陷是多晶钙钛矿薄膜载流子迁移率较低，大幅度降低了其光生载流子扩散长度，且内部的缺陷会产生电荷陷阱，导致其光电响应/恢复速度较慢，目前已报道的基于钙钛矿多晶薄膜的光电探测器响应/恢复时间大多在几十～几千纳秒范围内，很难满足其在光通信等应用场合GHz以上的速度要求(响应时间＜1ns)。因此，如何获得超快钙钛矿光电探测器是限制其在光通信等领域应用所面临的主要挑战。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于钙钛矿单晶薄膜的超快光电探测器，利用单晶钙钛矿薄膜的高载流子迁移率与低缺陷密度，可实现光生载流子的快速分离与传输，以实现超快响应速度，克服了多晶钙钛矿薄膜光电探测器响应速度较慢的关键应用瓶颈。

本发明的第一个目的是提供一种基于钙钛矿单晶薄膜的超快光电探测器，包括依次层叠设置的衬底层、背电极层、第一载流子传输层、界面修饰层、光吸收层、第二载流子传输层、顶电极层和封装层；其中，所述的光吸收层为单晶钙钛矿薄膜。

进一步地，所述的第一载流子传输层和第二载流子传输层分别为空穴传输材料和电子传输材料，且第一载流子传输层和第二载流子传输层不能同时为空穴传输材料或电子传输材料。

进一步地，所述的空穴传输材料为氧化镍(NiO_x)、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)、4-丁基-N,N-二苯基苯胺均聚物(Poly-TPD)、聚(9,9-二辛基芴-CO-N-(4-丁基苯基)二苯胺)(TFB)中的一种，所述的电子传输材料为二氧化钛(TiO₂)、富勒烯(C₆₀)、[6.6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)、双PCBM(BisPCBM)、C₆₀衍生物(ICBA)中的一种。

进一步地，所述的界面修饰层为聚[(9,9-二(3'-(N,N-二甲氨基)丙基)芴基-2,7-二基)-alt-[(9,9-二正辛基芴基-2,7-二基)、硫氰酸亚铜(CuSCN)、带有氨基的乙二胺、氯化铵中的一种。

进一步地，所述的背电极层为柔性透明电极，所述的柔性透明电极为ITO电极、银纳米线电极、金属网栅电极、石墨烯电极中的一种。

进一步地，所述的顶电极层为硬掩膜蒸镀电极，所述的硬掩膜蒸镀电极为银金属电极、铝金属电极、MoO₃/Au/Ag/Alq₃电极、LiF/Al/Ag/NPB电极中的一种。

进一步地，所述的衬底层为玻璃、聚对苯二甲酸类塑料(PET)或聚酰亚胺(PI)中的一种。