[发明专利]一种高性能钙钛矿/有机半导体异质结型光电探测器

说明书

本发明属于半导体光电子器件技术领域，具体为一种高性能钙钛矿/有机半导体光电探测器。本发明光电探测器通过叠层制备工艺制备，其结构由下至上依次为：透明底电极层，有机半导体和钙钛矿功能层，顶电极层；其中，有机半导体和钙钛矿功能层由下至上依次为空穴型有机半导体、钙钛矿、空穴型有机半导体，或者为电子型有机半导体、钙钛矿、电子型有机半导体；钙钛矿和有机半导体层构成两个异质结；顶电极为金属金或者金属银。该光电探测器响应光谱宽，对全波段的可见光谱具有响应，结构简单，工作电压0.7V，且具有电压饱和特性，能够有效抑制电压噪声对探测器性能的影响。

技术领域

本发明属于半导体光电子器件技术领域，具体涉及钙钛矿/有机半导体光电探测器领域。

背景技术

有机-无机杂化钙钛矿材料兼具传统半导体和新型有机半导体的优良特性。相比新型的有机半导体材料，有机无机杂化钙钛矿材料具有较高的迁移率；而相比于传统的无机半导体，有机无机钙钛矿材料又具有制备简单、成本低、能带可调、柔性等多方面的优点。因而在光电领域，特别是在光电传感器方面具备很高的应用潜力。而常规的p-i-n结构的钙钛矿光电探测器尽管结构简单，工作电压低，但其光电流响应较小，而基于场效应管型的钙钛矿有较大的光电响应，但工作电压高，结构复杂。因此这些结构的光电探测器性能上各有不足，一定程度上的限制了钙钛矿光电探测器的实际运用。

发明内容

本发明的目的在于：利用钙钛矿材料优异的光电性能和制备特性，提供一种结构简单，工作电压低的高性能钙钛矿光电传感器。

本发明提供的高性能钙钛矿光电传感器，通过叠层制备工艺制备，其结构由下至上依次为：透明底电极层，有机半导体和钙钛矿功能层，顶电极层；其中：

所述透明底电极层位于衬底之上，为金属氧化物、超薄金属或者导电有机材料PEDOT：PSS，其中，金属氧化物包括氧化铟锡（ITO）、氟化的氧化锡（FTO）。透明底电极材料采用金属氧化物ITO、FTO时，其厚度为100-200纳米，方块电阻小于10Ω/□；透明底电极采用超薄金属时，其厚度小于20纳米；透明电极采用PEDOT：PSS时，其厚度在80-150纳米；

所述有机半导体和钙钛矿功能层位于透明底电极层的上方，由下至上依次为空穴型有机半导体、钙钛矿、空穴型有机半导体，或者为电子型有机半导体、钙钛矿、电子型有机半导体；钙钛矿和有机半导体层构成两个异质结；

下层有机半导体可以为空穴传输层材料或者电子传输层材料。其中：空穴传输层材料为Spiro-OMeTAD、CuPc，厚度为50-80纳米；电子传输层材料为ZnO、PCBM或者C60，厚度为50-80纳米；

上层有机半导体可以为空穴传输层材料或者电子传输层材料。其中：空穴传输层材料为Spiro-OMeTAD或CuPc，厚度为50-80纳米；电子传输层材料为PCBM或者C₆₀，厚度为50-80纳米；

中间的钙钛矿为吸光层，具体材料可选自CH₃NH₃PBI₃、CH₃NH₃PBI_3-XCl_x，厚度为200-330纳米；

所述顶电极在有机半导体和钙钛矿功能层上方，为金属金或者金属银，厚度50-200纳米。

本发明中，所述透明衬底为玻璃、石英、柔性PET或者PEN衬底。该类透明衬底应当具有一定的温度耐受性，稳定温度高于150摄氏度，可见光透过率高，有较好的机械强度。

本发明提供的高性能钙钛矿光电传感器的制备方法，具体步骤如下：

（1）透明底电极层的制备，在透明衬底上制备透明底电极层，并对该底电极层进行图形化，随后对其进行清洗、干燥及其表面亲水性改善；