[发明专利]一种等离激元结构衬底及其制备和应用

权利要求书

1.一种等离激元结构衬底，包括基底、反射层、绝缘层、金属纳米结构阵列和正负电极，其中：反射层位于基底之上，绝缘层位于反射层上，金属纳米结构阵列和正负电极位于绝缘层上；正负电极分别位于金属纳米结构阵列区域的两侧，且与金属纳米结构阵列区域有一段间距；所述金属纳米结构阵列中的每个金属纳米结构的厚度为30-50nm，水平方向上最大长度为200-500nm，相邻金属纳米结构的间距为100-250nm。

2.如权利要求1所述的等离激元结构衬底，其特征在于，所述基底材料是Si/SiO₂材料、Si或玻璃；所述反射层材料为高反射率的贵金属金或银，厚度≥100nm；所述绝缘层材料为SiO₂、Al₂O₃、Hf₂O或TiO₂，厚度为10-30nm；所述正负电极为金属电极。

3.一种钙钛矿光电探测器或钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括权利要求1或2所述的等离激元结构衬底和钙钛矿吸收层，其中钙钛矿吸收层位于所述等离激元结构衬底之上。

4.如权利要求3所述的钙钛矿光电探测器或钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿吸收层和等离激元结构衬底之间具有空穴传输层。

5.如权利要求3所述的钙钛矿光电探测器或钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿吸收层的材料通式为AMX₃，其中A有机阳离子CH₃NH₃⁺或HN＝CH(NH₃)⁺，M为二价金属离子，X为卤素离子。

6.权利要求1或2所述等离激元结构衬底的制备方法，包括以下步骤：

1)在基底上制备反射层；

2)在反射层上制备绝缘层，并清洗绝缘层；

3)在绝缘层上制备正负电极；

4)在正负电极之间选择区域制备金属纳米结构阵列，之后进行清洗，得到所述衬底。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤1)使用SiO₂/Si衬底、Si衬底或玻璃衬底作为基底，在其上利用电子束蒸发镀膜的方法镀上反射层；步骤2)在反射层面上利用热蒸发镀膜的方法镀上绝缘层。

8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤3)利用电子束曝光的方法按照设计好的图案和尺寸在绝缘层上形成正负电极，具体是：在步骤2)得到的绝缘层表面旋涂PMMAA4胶并烘干，依次进行电子束曝光、显影、定影，再通过电子束蒸发镀膜镀上金属，最后进行剥离工艺，得到正负电极；步骤4)利用电子束曝光的方法按照设计好的图案在绝缘层上形成金属纳米结构阵列，具体是：利用电子显微镜观察步骤3)得到的正负电极的具体位置，再在正负电极间根据所需要金属纳米结构阵列的尺寸选择合适的位置并记录其位置的具体坐标，利用套刻的方法，将金属结构阵列设计出来并与正负电极保持一段距离，随后在具有正负电极的绝缘层表面旋涂PMMA A2胶并烘干，依次进行电子束曝光、显影、定影、电子束蒸发镀膜、剥离工艺后得到设计好的金属纳米结构阵列。

9.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述衬底应用于钙钛矿器件，在步骤4)中，根据不同钙钛矿材料在可见光波段的本征吸收限，以及选定的金属纳米结构的材质和形状，通过时域有限差分法计算出在钙钛矿材料吸收限对应波段的金属纳米结构耦合效率最佳时的尺寸与周期，依据该尺寸和周期制备金属纳米结构阵列。