[发明专利]一种有机-无机共混体异质结纳米复合材料、制备方法及叠层自驱动光电探测器

说明书

本发明涉及一种有机‑无机共混体异质结纳米复合材料、制备方法及叠层自驱动光电探测器，属于光电探测器材料和器件技术领域。所述材料由全无机钙钛矿纳米材料和P3HT复合形成体异质结结构薄膜；全无机钙钛矿纳米材料与P3HT的摩尔比为100:1～600:1，P3HT的分子量为50K～55K。通过将全无机钙钛矿纳米材料与P3HT混合，得到的纳米复合材料可促进光生载流子的产生和传输。P3HT有效钝化了全无机钙钛矿纳米材料的表面缺陷。所述纳米复合材料作为叠层自驱动光电探测器的有源层使用可有效提高器件性能。

技术领域

本发明涉及一种有机-无机共混体异质结纳米复合材料、制备方法及叠层自驱动光电探测器，属于光电探测器材料和器件技术领域。

背景技术

光电探测器是将光信号转换为电信号的基本元件，其在军事和民用领域中均发挥着关键作用，如光通信、无损检测和生物医学成像等。光电探测器是基于光电效应工作的，光电转换通常发生在半导体材料层，其通常被称为有源层或光敏层。实现商业化的光电探测器大多依赖的是诸如硅、锗、CdX(X＝S，Se，Te)、PbX(X＝S，Se)、SiC、GaN和AlGaN等无机材料。如中国专利CN110311007B和中国专利CN102110736B都公开了一种基于硫化铅量子点的近红外探测器。

近年来，基于金属卤化物钙钛矿制备的光电器件在光电应用中吸引了大量研究人员的注意力，例如光电探测器、太阳能电池、高灵敏度的X射线探测器和发光二极管等。因为其吸收波长位于紫外-可见区域，可以通过控制晶体中卤化物含量的成分来调节其能带，对于光电探测器来说，全无机卤化物钙钛矿ABX₃(A＝Cs⁺；B＝Pb²⁺或Sn²⁺；C＝Cl^-、Br^-或I^-)是极具前途的材料。如中国专利CN113278419B公开了一种基于钙钛矿-量子点的近红外光探测器，显示出将钙钛矿材料与量子点混合具有很好的红外探测能力。

由于无机杂化钙钛矿材料具有载流子寿命长、带隙可调、摩尔湮灭系数高、激子结合能低、制备流程简单且其成本较低等优点，广泛应用于各种光电子器件中。尽管商用半导体已经获得了良好的性能，但它们往往需要复杂的加工过程，且其光电性能有限。近年来，基于铅基钙钛矿材料所制备的光电器件在光电子领域取得了显著进展。然而，由于钙钛矿材料对水、氧的敏感性导致其稳定性较差，且该结果严重阻碍了钙钛矿光电器件的进一步发展。此外，由于铅元素本身所具有的毒性也限制了钙钛矿材料进一步的商业化应用。而Sn²⁺在电子结构上与Pb²⁺高度相似，且其毒性相对较低。此外，由于锡基钙钛矿较少的相互作用，其还具有比铅基钙钛矿更高的载流子迁移率。锡基钙钛矿的晶体结构与铅基钙钛矿类似，锡基钙钛矿具有更高的吸收系数和更理想的带隙。因此，锡基卤素钙钛矿被认为是可取代铅基钙钛矿的最有前途的替代品。然而，锡基卤素钙钛矿纳米晶薄膜表面很粗糙，当采用锡基卤素钙钛矿纳米晶作为有源层时，表面的这种不规则形态将降低有源层的光子吸收密度、激子产生和载流子迁移率。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明在于提供一种有机-无机共混体异质结纳米复合材料、制备方法及叠层自驱动光电探测器。通过将锡基卤素钙钛矿纳米材料与聚(3-己基噻吩)(P3HT)混合形成体异质结作为有源层，可有效提高其载流子的分离效率及传输能力、拓宽其吸收光谱、获得高质量的致密薄膜以提高器件性能。P3HT由于具有区域规则性的形态和复杂的结晶性，通过将锡基卤素钙钛矿纳米材料与P3HT聚合物混合后可形成体异质结，有机-无机共混纳米复合材料中所有成分的优异性均能够得到完美表现，所述复合材料可用于制造高性能光电探测器。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种有机-无机共混体异质结纳米复合材料，所述材料由全无机钙钛矿纳米材料和聚(3-己基噻吩)(P3HT)复合形成体异质结结构薄膜；全无机钙钛矿纳米材料与P3HT的摩尔比为100:1～600:1，P3HT的分子量为50K～55K。