[发明专利]基于复合电子传输层的钙钛矿光电探测器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于复合电子传输层的钙钛矿光电探测器，其结构从下到上依次为衬底、导电阳极、空穴传输层、钙钛矿光活性层，复合电子传输层、空穴阻挡层与金属阴极。其中，所述复合电子传输层由PCBM和明胶的混合物构成；且该复合电子传输层中，所述明胶的质量百分占比为0.1～6％，余量为PCBM。通过采用掺杂生物活性材料明胶的复合电子传输层，改善了原PCBM电子传输层的表面形貌，使得原本的介孔状界面变得均匀致密，从而使器件具有较好的阻隔水氧与抗紫外线能力，提升了钙钛矿光电探测器的稳定性与工作寿命；同时，使得电子传输层的载流子传输能力得以改善，减少了器件工作中的漏电流，从而大幅降低暗电流，最终提升了钙钛矿光电探测器的探测性能。

技术领域

本发明涉及光电探测器件技术领域，具体涉及一种基于复合电子传输层的钙钛矿光电探测器及其制备方法。

背景技术

光是电磁辐射的一种形式，光辐射对人类活动有着巨大影响，感知并测量光信号对于我们的日常生活与社会生产有着重要的意义，因此人们开始了对能够准确测量光辐射信号的光电探测器的研究。光电探测器属于光电转换器件，能够利用光电效应，将携带能量的电磁辐射的光信号转换成精确的电信号的光电器件，通常是光电流或光电电压。高性能光电探测在科学界和工业界都具有重要意义，宽光谱光电探测器在视频成像、光通信、火灾探测、生物医学成像、环境监测、空间探索、安全、夜视和运动检测等领域有着重要的应用。

传统的无机光电探测器制作工艺比较复杂，成本普遍较高，且探测波段不易调节。而钙钛矿材料具有高效的感光特性，质轻价廉，种类多样，加工性能优异等特点，更易制备低功耗，低成本的光电探测器件，弥补了传统光电探测器中普遍存在的成本昂贵、工艺复杂等不足。带隙可调的钙钛矿材料也为不同探测波段的光电探测器件的发展和创新提供了很大的可选择性，钙钛矿光电探测器将具有更大的研究空间和商业价值，比如在天文学，环境监测，分光和医学检测仪器等。

目前，对于钙钛矿光电探测器的研究尽管已经取得一定进展，已经发展出由衬底、导电阳极、空穴传输层、钙钛矿光活性层，复合电子传输层、空穴阻挡层及金属阴极组成的多层叠合的主流结构，但仍存在器件稳定性差，寿命短，易受水氧侵蚀与紫外辐射干扰等问题。另外，标准器件的暗电流仍然较高，导致器件的整体探测效率较为低下。

发明内容

本发明提供了一种基于复合电子传输层的钙钛矿光电探测器及其制备方法，解决了无机光电探测器件稳定性差，寿命较短，以及器件暗电流过高的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于复合电子传输层的钙钛矿光电探测器，包括复合电子传输层；所述复合电子传输层由PCBM和明胶的混合物构成；所述复合电子传输层中，所述明胶的质量百分占比为0.1～6％，余量为PCBM。

进一步的，所述复合电子传输层的厚度为20～60nm。

进一步的，所述明胶占在所述复合电子传输层中的质量占比为1～5％。

本发明中，所述钙钛矿光电探测器的完整结构为从下到上依次为：衬底、导电阳极、空穴传输层、钙钛矿光活性层，复合电子传输层、空穴阻挡层与金属阴极，且上述各层按序一次叠合。

进一步的，所述衬底由玻璃或透明聚合物构成；所述透明聚合物由聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋树脂、聚丙烯酸的一种或多种构成。

进一步的，所述导电阳极由氧化铟锡、石墨烯、碳纳米管中的一种或多种构成。

进一步的，所述空穴传输层的材料为PED0T：PPS，厚度为15～20nm。

进一步的，所述钙钛矿光活性层的材料为MAPbl₃，厚度为300～700nm。

进一步的，所述空穴阻挡层的材料为Bphen，厚度为5～10nm。