[发明专利]基于空穴传输层界面修饰的钙钛矿光电探测器及制备方法

说明书

本发明属于光电探测器技术领域，尤其涉及一种基于空穴传输层界面修饰的钙钛矿光电探测器及制备方法。一种基于空穴传输层界面修饰的钙钛矿光电探测器，所述光电探测器从下到上依次由衬底、透明导电阳极、空穴传输层、修饰层、钙钛矿光活性层、电子传输层、空穴阻挡层和金属阴极组成，所述修饰层由F4‑TCNQ的异丙醇溶液经过旋涂法制得。本发明通过在空穴传输层和钙钛矿光活性层之间引入一种强的吸电小分子超薄修饰层，提升了载流子的迁移率和界面的疏水性，能够抑制水对钙钛矿光活性层的损害，有效钝化钙钛矿光活性层的缺陷，增强光电器件的稳定性，同时，该修饰层能够更有利于钙钛矿薄膜的结晶，从而提升钙钛矿光电探测器的光电性能。

技术领域

本发明属于光电探测器技术领域，尤其涉及一种基于空穴传输层界面修饰的钙钛矿光电探测器及制备方法。

背景技术

光电探测器是一种将光信号转换为电信号的电子器件，在光通信、光电传感和检测、成像等技术领域中发挥着不可替代的作用。目前市场上的光电探测器大多是无机半导体材料，比如硅和三五族复合材料。虽然已经商业化，但存在着制备工艺复杂、成本高、制备周期长等问题。

近期，有机-无机杂化钙钛矿作为一种新型半导体材料具有易于加工制备、长载流子扩散长度、高吸收系数、高迁移率、带隙可调等优异的性能，有望成为无机半导体材料的替代品。正因如此，其被应用在太阳能电池、光电探测器、发光二极管、晶体管等诸多领域。

空穴传输层能够促进空穴传输、收集以及阻挡电子，在器件性能中起到重要作用。将有机或无机半导体电荷传输层应用在钙钛矿光电探测器的两侧，可以进一步提高其光电性能和探测能力。氧化镍作为一种典型的p型半导体，是最有潜力的无机空穴传输材料，具有成本低、良好的光稳定性和热稳定性、非腐蚀性，同时还具有着合适的功函数和强的电子阻断能力等优点。但是也存在着一些问题，比如NiO_x的费米能级远离钙钛矿的价带最大值，这导致薄膜中存在弱的内置场强和界面处的能级偏移；以及NiO_x的本征电导率低、低的载流子传输和粗糙的界面所导致非辐射复合，这些都将影响钙钛矿光电探测器的光电性能。同时，钙钛矿光活性层存在着结构不稳定，影响其进一步的商业化。通过对钙钛矿光活性层和NiO_x空穴传输层的界面进行修饰，是一种简单高效的方法。

发明内容

针对上述问题，本发明的一个目的在于提供一种基于空穴传输层界面修饰的钙钛矿光电探测器，通过在空穴传输层和钙钛矿光活性层之间引入F4-TCNQ这种小分子有机物超薄修饰层，提升载流子的传输能力，钝化钙钛矿光活性层的缺陷，提高薄膜的结晶，同时增加表面的疏水性，阻挡水汽等对钙钛矿光活性层的损害，提升器件的稳定性。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种基于空穴传输层界面修饰的钙钛矿光电探测器，该光电探测器采用传统平面倒置结构，从下到上依次由衬底、透明导电阳极、空穴传输层、修饰层、钙钛矿光活性层、电子传输层、空穴阻挡层和金属阴极组成，所述修饰层由F4-TCNQ的异丙醇溶液经过旋涂的方法制得。

F4-TCNQ化学名称为2,3,5,6-四氟-7,7',8,8'-四氰二甲基对苯醌。

进一步地，所述光电探测器各层之间通过旋涂或真空蒸镀的方式连接，采用真空蒸镀时控制真空蒸镀机内的气压小于5×10^–4Pa。

进一步地，所述衬底为玻璃衬底或PET塑料衬底。

进一步地，所述透明导电阳极为ITO或FTO导电玻璃。

进一步地，所述空穴传输层为NiO_x，厚度范围为20～40nm，x的取值范围为1-1.5。

进一步地，所述钙钛矿光活性层为CH₃NH₃PbI₃，厚度范围为300～400nm。