[发明专利]一种钙钛矿的宽波段柔性光探测器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钙钛矿光探测器，具体为一种钙钛矿的宽波段柔性光探测器及其制备方法。

背景技术

光探测器被广泛应用于图像传感、光纤传输、光谱和生物医用等方面。目前在紫外、可见和红外区域的光探测器分别采用SiC、Si和HgCdTe来制备。但这些光探测器具有严重的缺陷：不透明、无法柔性制备和质量重。因此可卷曲和便携式的新一代高效光探测器成为了重要的研究方向。有机卤素钙钛矿具有吸收波段宽，光生载流子迁移距离长以及缺陷态密度较低的优点，成为制备新一代高效光电器件的重要材料。基于有机卤素钙钛矿薄膜、纳米纤维以及单晶的光探测器基本结构包括钙钛矿材料和金属电极。当钙钛矿在光照下产生光生载流子，在金属电极上加电压时，在电场作用下产生电流，如图1。基于有机卤素钙钛矿材料的光探测器在紫外区域和可见光区域都获得优异的性能。探测率高达10¹⁴；响应度高达3.47A/W；快速响应仅为0.3ms(3,4)。但是，有机卤素钙钛矿在近红外区域存在的光吸收缺陷，使得光探测器在近红外波段缺乏有效的光响应。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种钙钛矿的宽波段柔性光探测器及其制备方法，能够大尺度制备，柔性可卷曲，容易实现大面积具有紫外-可见-近红外的宽波段光响应性。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种钙钛矿的宽波段柔性光探测器，由柔性衬底，依次在柔性衬底上制备的钙钛矿薄膜和上转换粒子层，以及直接设置在上转换离子层上的金属电极组成；上转换粒子层的厚度为10～50纳米。

一种钙钛矿的宽波段柔性光探测器的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，在柔性衬底上采用真空沉积、溶液旋涂、印刷和喷涂中的任意一种方法制备钙钛矿晶体，形成钙钛矿薄膜；

步骤2，直接在钙钛矿薄膜上采用旋涂或者印刷制备厚度为10～50纳米的上转换粒子，形成上转换粒子层，得到由钙钛矿薄膜和上转换粒子层组成的钙钛矿/上转换粒子复合物；

步骤3，对钙钛矿/上转换粒子复合物上直接真空蒸镀金属电极，制成了能够响应可见-近红外光波段的钙钛矿的宽波段柔性光探测器。

优选的，步骤1中，所述的柔性衬底为柔性PET薄膜。

优选的，步骤1中，所述钙钛矿晶体采用有机卤素钙钛矿。

优选的，步骤1中，所述钙钛矿晶体采用MAPbI₃及其掺杂物、MASnI₃及其衍生物、FAPbI₃及其掺杂物、FASnI₃及其掺杂物、MAPbBr₃及其掺杂物、(BA)₂MA_n-1Pb_nI_3n+1及其衍生物、CH₃NH₃PbI_3-x(SCN)_X及其衍生物和(PEA)₂(MA)₂(Pb₃I₁₀)及其衍生物中的任意一种。

优选的，步骤2中，所述上转换粒子采用具有近红外吸收特性的NaYF₄:Yb-Er粒子、NaYbF₄:Yb-Er粒子、NaLuF₄:Yb-Er粒子和NaGdF₄:Yb-Er粒子中的一种或多种。

优选的，步骤2中，上转换粒子直接覆盖在钙钛矿薄膜上，其厚度为10～50纳米。

优选的，步骤3中，所述金属电极为Ca、Ba、Li、Mg、Al、Au和Ag，以及这些金属的合金，与这些金属的盐中的任意一种。

优选的，步骤1中，钙钛矿薄膜的厚度为100纳米到5微米。

优选的，在90℃到100℃区间热退火钙钛矿/上转换粒子复合物5分钟到1小时。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：