[发明专利]一种基于无铅双钙钛矿薄膜的深紫外光探测器及制备方法

说明书

本发明属于半导体光电探测技术领域，具体涉及一种基于无铅双钙钛矿薄膜的深紫外光探测器及制备方法。其结构由双面抛光的Al₂O₃衬底、n型宽带隙电子传输层、Cs₂AgBiBr₆光吸收层和接触电极构成。本发明一方面克服了传统钙钛矿结构的不稳定性和铅毒性等不利因素，另一方面借助宽带隙电子传输层和Cs₂AgBiBr₆光吸收层间的能带匹配实现光生载流子的快速分离和传输，同时亦可将器件的光探测范围从可见光扩展到深紫外区域。该器件制备方法简单易行、环境友好，所制备的光电探测器具有高的探测率和响应速度，有非常重要的应用价值。

技术领域

本发明属于半导体光电探测技术领域，具体涉及一种基于无铅双钙钛矿薄膜的深紫外光探测器及其制备方法。

背景技术

金属卤化物钙钛矿，其通式为ABX₃，其中A为甲铵（MA），甲脒（FA）或Cs，B为Pb或Sn等，X为Cl，Br或I。近年来，基于卤化铅钙钛矿材料的全新太阳能电池引起了人们的广泛关注，且在短期内已经展现出大于22%的高转换效率，这主要得益于该材料较大的光吸收系数、较高的载流子传输速率、制备工艺简单以及其带宽在可见光区连续可调等优良特性。伴随着人们对该材料的进一步认识，基于钙钛矿的研究领域已经开始扩展，其在光电探测和发光领域的潜在应用已成为目前的研究热点。

目前，已报道的钙钛矿基光电探测器主要是以有机-无机杂化的钙钛矿材料体系（CH₃NH₃PbX₃，X=Cl/Br/I）为主，但是该型材料的广泛应用面临两个主要的挑战：结构的不稳定性和铅元素的毒性。而且，在长时间暴露在光线以及高温、高湿环境下易于分解。因此，基于CH₃NH₃PbX₃材料的光电探测器在未来应用上一直存在瓶颈，因此人们开始将目光转向无铅钙钛矿体系材料的开发和器件组装等方面。双钙钛矿结构指的是通过两种不同的金属元素对Pb元素进行取代，从而合成由不同八面体结构交替排列而成的双钙钛矿材料。经计算研究，元素周期表中其它金属取代Pb有可能会破坏卤化铅钙钛矿的理想光电性能，但是在Cs₂AgBiBr₆钙钛矿中，Bi³⁺阳离子具有与Pb²⁺相同的电子结构，这种双钙钛矿结构在可见光内具有带隙可调的性质，且具有较长的载流子寿命和优异的结构稳定性，展现出良好的光电探测应用前景（C. C. Wu, Q. H. Zhang, Y. Liu, W. Luo, X. Guo, Z. Huang, H.Ting, W. H. Sun, X. R. Zhong, S. Y. Wei, S. F. Wang, Z. J. Chen, and L. X.Xiao, Adv. Sci. 1700759（2017）; W. C. Pan, H. D. Wu, J. J. Luo, Z. Z. Deng, C.Ge, C. Chen, X. W. Jiang, W. J. Yin, G. D. Niu, L. J. Zhu, L. X. Yin, Y.Zhao, Q. G. Xie, X. X. Ke, M. Sui, and J. Tang, Nat. Photon. 11, 726（2017））。

高性能深紫外光电探测器在许多领域都有重要的应用，比如导弹预警、医学消毒和生物分析等。这种无铅双钙钛矿结构具有~2.2 eV的光学带隙，如果能够将其与其它宽带隙半导体材料相结合来构筑异质结型探测器，可将光探测范围从可见光扩展到深紫外区域，具有非常重要的科学意义和实用价值。

发明内容

本发明的目的在于针对现有钙钛矿结构的不稳定性和铅毒性的不足，提出一种基于无铅双钙钛矿薄膜的深紫外光探测器及制备方法，能够将探测范围从可见光扩展到深紫外区域。