[发明专利]一种基于Cs3

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Cs₃Cu₂I₅钙钛矿的自供能光电探测器及其制备方法，自供能光电探测器包括绝缘透明的衬底，衬底的上端从下到上依次设有载流子传输层、Cs₃Cu₂I₅光吸收层和第一接触电极，载流子传输层上设有第二接触电极；制备方法采用磁控溅射或金属有机物化学气相沉积方法制备载流子传输层，采用溶液或气相共蒸方法制备Cs₃Cu₂I₅光吸收层，保证载流子传输层与Cs₃Cu₂I₅光吸收层之间形成交错型能带排列，利用异质结界面处内建电场的形成使得光生载流子发生分离，从而实现探测器在零伏下的工作。本发明制备方法简单，各功能层均环境友好，所制备的器件对紫外光有高的探测率，紫外可见光抑制比超过10的四次方，具有良好的应用前景。

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 Cs₃Cu₂I₅钙钛矿的自供能光电探测器及其制备方法。

背景技术

近年来，金属卤化物钙钛矿材料由于其优越的光学和电学性能开始引起人们的广泛关注，且在太阳能电池、发光二极管、光电探测器和激光等领域展现出极大的发展潜力。目前，基于钙钛矿材料的光电探测器报道很多，如光电导型探测器、光伏型探测器、雪崩探测器等，所展现出的器件性能(光响应率、比探测率、开关比等)可以和传统无机半导体以及二维材料等相媲美，已成为钙钛矿材料应用的热点方向。

但是，基于传统铅卤化物钙钛矿(CH₃NH₃PbX₃、CsPbX₃， X＝Cl/Br/I)的光电器件在铅毒性和稳定性上一直不能令人满意。例如，长时间暴露在紫外光照下，钙钛矿材料会发生重结晶生长，诱导产生新的结构缺陷，导致器件性能衰减；接触高温和高湿环境后，铅卤化物钙钛矿材料会迅速分解，对后续封装工艺的要求十分苛刻。因此，人们开始将目光转向稳定性更优的无铅钙钛矿体系材料，例如 CsSnX₃、CsGeX₃、Cs₃Bi₂X₉和Cs₂AgInX₆等。除此之外，基于金属 Cu的无铅钙钛矿材料也具有优良的光电特性，且其分解焓以及价键结合力较大的特征也使得材料具有更高的结构稳定性。目前，基于金属Cu的新型钙钛矿量子点(Cs₂CuX₄，X＝Cl/Br/I)已可成功制备(P. Yang,G.N.Liu,B.Liu,X.Liu,Y.B.Lou,J.X.Chen,and Y.X.Zhao, Chem.Commun.54,11638(2018))，且展现出优良的发光性能和稳定性。

除了Cs₂CuX₄体系之外，基于金属Cu的钙钛矿产物在理论上还有很多，但在实验上报道的较少。我们通过对材料合成方法的改进以及合成条件的不断优化，最终制备出Cs₃Cu₂I₅体系的钙钛矿材料。实验已经证实该材料较传统的铅卤化物钙钛矿具有更高的稳定性和载流子传输能力，且吸收光谱位于紫外光区域，是良好的紫外光探测材料。因此，结合该新型材料在环境友好、稳定性以及吸收光谱三个方面的特征，我们认为制备基于Cs₃Cu₂I₅钙钛矿材料的自供能光电探测器具有重要的科学意义，有望应用在导弹预警、生物分析和医学消毒等方面，从而有效弥补传统铅卤化物钙钛矿探测器在稳定性和环境污染上的不足。

发明内容