[发明专利]零偏压高灵敏度钙钛矿单晶X射线探测器以及制备方法

说明书

本发明属于X射线探测器领域，具体涉及一种零偏压高灵敏度钙钛矿单晶X射线探测器以及制备方法。本申请的零偏压高灵敏度钙钛矿单晶X射线探测器，其结构依下自上为：阳极ITO玻璃、空穴传输层PTAA薄膜、FA_0.55MA_0.45PbI₃活性层、电子传输层BCP/C60及阴极Cu薄膜；采用类似太阳能结构，实现自驱动，不要外用电压实现检测；FA_0.55MA_0.45PbI₃活性层采用甲胺铅碘CH₃NH₃PbI₃与甲脒铅碘CH(NH₂)₂PbI₃，以空间限域法生长出接触良好的单晶薄膜为基础，通过二次生长获得的结晶质量较好较厚钙钛矿单晶活性层，与PTAA界面处连续结构既保证了空穴与电子的有效分离，也保证了高的X射线衰减效率。

技术领域

本发明属于X射线探测器领域，具体涉及一种零偏压高灵敏度钙钛矿单晶X射线探测器以及制备方法。

背景技术

X射线探测器能够实现 X射线信号向电信号的转换，在工业，安防，医疗及军事领域均有重要应用。零偏压下高灵敏度的X射线探测器能够在便携式移动设备中进行应用。现有的多数X射线探测器，需要在较高工作电压下才显示出高的灵敏度。对于光伏型X射线探测器的备选材料FA_0.55MA_0.45PbI₃而言，其禁带宽度已经在抑制离子迁移的基础上，尽可能接近X射线光谱能量范围，并且它具有相应高的光吸收系数，高载流子迁移率，长载流子扩散长度。

目前，自驱动型光电探测器主要分为两种，第一种是将聚合物材料掺杂到钙钛矿活性层种，利用极化效应使电子和空穴分离，但仍需要外加电场，无法实现真正意义上的自驱动，另一种是本实验中的PIN结构，利用其较长的载流子扩散长度，能够具有较高的光转换效率，从而实现器件的便携与集成。目前X射线具有较强穿透能力，因此为实现高衰减效率，X射线探测器普遍需要光活性层厚度达到0.5mm以上，空间限域法是直接进行单晶薄膜生长的良好方法，具有晶体质量好，缺陷密度低等优点，但限于限域体积小，单晶薄膜只能具备较低的厚度（约0.1mm），而无法实现较高的X射线衰减效率，因此无法具有较好的成像和探测能力。

发明内容

针对X射线探测器的需要高压驱动以及空间限域法制备的薄钙钛矿活性层成像性能及探测能力差的问题，本发明通过对空间限域法单晶薄膜的再加工，构建了一种自驱动便携化的钙钛矿X射线探测器，结构类似于太阳能，由底至上依次为，阳极ITO玻璃、空穴传输层PTAA薄膜、FA_0.55MA_0.45PbI₃活性层、电子传输层BCP/C60及阴极Cu薄膜；通过二次生长获得的结晶质量较好较厚钙钛矿单晶活性层，与PTAA界面处连续结构既保证了空穴与电子的有效分离，也保证了高的X射线衰减效率，实现了器件的自驱动条件下高灵敏度工作效果。

本发明的技术方案是：

一种零偏压高灵敏度钙钛矿单晶X射线探测器，其结构依下自上为：阳极ITO玻璃、空穴传输层PTAA薄膜、FA_0.55MA_0.45PbI₃活性层、电子传输层BCP/C60及阴极Cu薄膜；

所述FA_0.55MA_0.45PbI₃活性层为铅碘甲胺MAPbI₃与铅碘甲脒FAPbI₃晶体混合制备而成。

优选地，所述FA_0.55MA_0.45PbI₃活性层的厚度为0.1mm-1.5mm。

优选地，所述最顶层的阴极Cu薄膜的厚度为50-120nm，所述蒸镀速率为0.6-1.2Å/s。