[发明专利]基于耐潮湿有机-无机杂化钙钛矿材料的高响应度光探测器

说明书

本发明公开了一种基于耐潮湿有机‑无机杂化钙钛矿材料的高响应度光探测器。它包括基底、透明电极层、电子阻挡层、活性层、空穴阻挡层、金属电极层；从基底自下到上顺次设透明电极层、电子阻挡层、活性层、空穴阻挡层、金属电极层；活性层是一种有机‑无机杂化钙钛矿材料，其特征在于一方面采用向三维结构有机‑无机杂化钙钛矿材料中引入第二胺源的方法，提高其耐潮湿性，另一方面在活性层薄膜材料制备过程中控制其晶体生长的取向方向，提高活性层的载流子传输能力，以达到同时提高探测器的响应度的目的。

技术领域

本发明涉及一种基于耐潮湿有机-无机杂化钙钛矿材料的高响应度光探测器。

技术背景

有机-无机杂化钙钛矿材料兼具无机半导体材料吸收强、迁移率高、载流子寿命长、可调控带隙等优异的光电性能，以及有机物较好的可大面积溶液加工性，在光电转化领域备受关注。目前，基于碘化铅的三维钙钛矿太阳电池效率已超过22％，基于该类材料的光探测器也日益受到关注。然而，三维结构的杂化钙钛矿薄膜材料在潮湿环境中的稳定性，成为了阻碍了该类材料的进一步实际应用。

从材料角度来讲，采用向三维结构杂化钙钛矿材料中引入第二胺源的方法，可以使材料具有二维结构杂化钙钛矿的耐潮湿特性。但是，由于第二胺源的引入，杂化钙钛矿具有了二维结构特征，倾向于沿着基底结晶生长的特性，致使第二胺源平行于基底排布，其绝缘特性成为了垂直于基底方向电荷传输的阻碍，大大降低了以该类材料作为活性层的光探测器的光电流，进而无法实现高的光响应度。

如果能够发明一种简便的方法实现二维有机-无机杂化钙钛矿薄膜材料中晶体垂直于基底的生长取向，在保持制备工艺简单便捷优点的前提下，既发挥了二维钙钛矿湿稳定的优势，又保持了三维钙钛矿材料高的电荷输运能力的特点，对于实现可大面积溶液加工的高稳定、高响应度的光探测器具有十分重要的意义。

本发明通过合理的活性层化学结构设计与晶体结构控制，通过在有机-无机杂化钙钛矿材料的前驱体溶液中加入第二胺源和添加剂的方法，成功改变了杂化钙钛矿薄膜材料的晶体生长方向，一方面大大提高了垂直基底方向的载流子传输能力，另一方面也兼顾了材料的耐潮湿特性。而且本发明可以采用一步溶液旋涂的方法在基底上大面积成膜，对于制备可大面积溶液加工的高稳定、高响应度的光探测器具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供基于耐潮湿有机-无机杂化钙钛矿材料的高响应度光探测器。

基于耐潮湿有机-无机杂化钙钛矿材料的高响应度光探测器包括基底、透明电极层、电子阻挡层、活性层、空穴阻挡层、金属电极层；从基底自下而上顺次设有透明电极层、电子阻挡层、活性层、空穴阻挡层、金属电极层。

所述的基底的材料为玻璃、石英。所述的透明金属电极层的材料为银、铝、镁、铜、金、氧化铟锡或氟掺氧化铟锡。所述的电子阻挡层的材料为PEDOT:PSS、CuOx或NiOx。所述的空穴阻挡层的材料为C60、ZnO或BCP。所述的金属电极层的材料为银/铝混合物、银、铝或金。所述的活性层为有机-无机杂化钙钛矿材料，其制备过程为：将甲基碘化胺、有机胺氢碘酸盐、碘化铅、硫氰酸铵混合溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，碘化铅与N,N-二甲基甲酰胺的配比为50-800毫克:1毫升，甲基碘化胺:有机胺氢碘酸盐:碘化铅:硫氰酸铵(摩尔比)为2:2:3:x，x＝0.005-1.5，搅拌过夜，获得前驱体溶液；采用溶液旋涂的方法，取前驱体溶液在电子阻挡层上旋涂成膜，旋转速度范围2000-8000转/分钟，旋转时间范围10-60秒，然后退火，退火温度范围70-150℃，退火时间范围5-20分钟。所述的有机胺氢碘酸盐为丁胺氢碘酸盐或苯乙胺氢碘酸盐。

本发明通过合理的活性层化学结构设计与晶体结构控制，通过在有机-无机杂化钙钛矿材料的前驱体溶液中加入第二胺源和添加剂的方法，成功改变了杂化钙钛矿薄膜材料的晶体生长方向，一方面大大提高了垂直基底方向的载流子传输能力，另一方面也兼顾了材料的耐潮湿特性。而且本发明可以采用一步溶液旋涂的方法在基底上大面积成膜，对于制备可大面积溶液加工的高稳定、高响应度的光探测器具有十分重要的意义。