[发明专利]二维无铅有机-无机杂化钙钛矿二极管光探测器及其制备方法

说明书

本发明公开一种二维无铅有机‑无机杂化钙钛矿二极管光探测器及其制备方法，属于钙钛矿光探测器技术领域。此类光探测器包括作为阳极的氧化铟锡玻璃衬底，作为空穴传输层的PEDOT:PSS，作为光敏层的二维无铅有机‑无机杂化钙钛矿系列材料，作为电子传输层的PCBM，作为阴极的金属铝薄膜。与现有技术相比，该系列钙钛矿材料中的锡元素取代了铅元素，克服了传统含铅钙钛矿材料的毒性问题；该二极管结构的光探测器，其制备工艺简单，可探测特定波长的光，且具有较高的探测率。这些优点将进一步促进此类钙钛矿材料在光电子器件中的应用。

技术领域

本发明涉及光探测器领域，尤其是涉及一种二维无铅有机-无机杂化钙钛矿二极管光探测器及其制备方法。

背景技术

有机-无机杂化钙钛矿材料由于拥有突出的光电特性，例如：具有较高的吸光系数、长载流子扩散长度、较强的光致发光及低载流子非辐射复合率等，因此其在光电器件应用领域得到了快速的发展(Science,349(2015),1518–1521.)。而二维有机-无机杂化钙钛矿材料由于其具有高的电荷载流子迁移率、有效的光吸收以及可简便的溶液加工等性能，也成为了高性能光电探测器的候选材料(NatureCommunications,5(2014),1-6.)。

三维钙钛矿材料对可见光的光谱吸收范围较宽，不能对特定波长进行选择性吸收，因而对特定波长的光的探测能力较差。二维钙钛矿材料可通过改变其有机/无机组分的元素比例来实现对特定波长的选择性吸收(Nature Communications,6(2015),1-8.)。此外针对传统铅体系的二维有机-无机杂化钙钛矿材料的高毒性问题、场效应三极管制备工艺较为复杂以及器件探测率较低等问题，探索合成出绿色环保的光敏材料，并且设计一种结构简单且高效的光探测器将会具有更好的应用前景。

发明内容

本发明提供了一种无铅的能够实现对特定波长进行选择性吸收的钙钛矿二极管光探测器，具体技术方案为：

作为阳极的ITO玻璃衬底，旋涂于衬底之上的PEDOT:PSS作为空穴传输层，旋涂于PEDOT:PSS之上的钙钛矿系列材料作为光敏层，旋涂于光敏层上的PCBM作为电子传输层，蒸镀于PCBM上的金属铝薄膜作为阴极。

所述的二维有机-无机杂化钙钛矿系列材料的化学组成为(C₈H₁₂N)₂(CH₃NH₃)_n-1Sn_nI_3n+1，其中n＝1,2,3。

二维有机-无机杂化钙钛矿材料二极管光探测器，其制作步骤如下：

(1)ITO玻璃衬底经丙酮、异丙醇、去离子水分别超声20分钟，随后放入红外干燥箱中烘干；

(2)将洗干净的ITO玻璃衬底放置在UV臭氧仪中进行表面亲水处理15分钟；

(3)在表面亲水处理后的ITO玻璃衬底上旋涂PEDOT:PSS，然后在热台上120℃退火处理20分钟。

(4)C₈H₁₂NI、CH₃NH₃I和SnI₂按摩尔比2:(n-1):n，其中n＝1,2,3，溶解在DMF中，放置于70℃的加热搅拌热台上，持续磁力搅拌1小时，然后旋涂在PEDOT:PSS上作为光敏层；将旋涂制得的样品在加热台上70℃退火处理20分钟；

(5)称量24mgPCBM溶于邻二氯苯，70℃搅拌12小时。旋涂在钙钛矿表面，在加热台上100℃退火处理20分钟；

(6)样品在掩膜板遮挡后使用真空镀膜机蒸镀铝薄膜作为光探测器的阴极，即制作得到光探测器。

二维有机-无机杂化钙钛矿二极管光探测器采用以下方法进行表征：