[发明专利]一种基于溶剂配比差异调控钙钛矿薄膜形貌的光电探测器的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于溶剂配比差异调控钙钛矿薄膜形貌的光电探测器的制备方法。制备不同溶剂配比的甲胺铅碘前驱液，通过调节钙钛矿前驱液中溶剂Dimethyl sulfoxide（DMSO二甲基亚砜）和N,N‑Dimethylformamide(N‑N二甲基酰胺DMF)的配比（体积比），来调节薄膜的形貌，并组装基于不同形貌薄膜的光电探测器，从而获得更好形貌的薄膜及探测器。通过在ITO（氧化铟锡）基底上直接刻蚀窄距叉指电极，使得光生载流子更易被施加偏压提取，从而提高了光电探测器的响应性能。

技术领域

本发明涉及一种基于溶剂配比差异调控钙钛矿薄膜形貌的光电探测器的制备方法，属于纳米材料应用领域。

背景技术

近年来，有机-无机钙钛矿材料在光电器件领域引起了广泛的关注。相较于传统的半导体纳米晶，钙钛矿材料具有优异的光学和电学特性，包括高的光吸收系数，高的载流子迁移率以及长达几微米的载流子扩散长度，因此在高性能的光电探测器领域具有巨大的潜力。目前探测器的结构可以分为光导型器件和光伏型器件，光导型器件通过外加偏压来驱动光生载流子，而光伏型器件通过各层的内建电场来驱动光生载流子。目前作为光电探测器钙钛矿的薄膜层有多晶膜，单晶，低维纳米结构。而多晶薄膜退火生长后存在大量的缺陷和晶界，过多的晶界界面会对载流子的输运起散射作用，降低载流子的收集效率，严重影响器件的性能。本专利提出一种调控方法，通过对前驱体溶液的溶剂配比来调控薄膜形貌，同时也有效的调控了薄膜的缺陷，减少多晶薄膜的晶界，改善了器件的性能。

发明内容

本发明提供一种基于溶剂配比差异调控钙钛矿薄膜形貌的光电探测器的制备方法。

本发明采用以下技术方案：一种基于溶剂配比改变调控钙钛矿薄膜形貌并设计光电探测器的方法，包括如下步骤：

步骤一：ITO叉指电极基底制备。确保ITO玻璃表面洁净，将光刻胶与稀释剂1：1稀释，通过匀胶机进行涂胶，采用紫外光将设计好的图形（叉指间距50微米）投影到胶上，在透光的区域引起光化学反应。将曝光后的基片放置在显影液中，曝过光的部分会被溶解掉，没有曝光的胶留在ITO玻璃上，冲洗一下ITO玻璃，并在烘箱中竖膜，利用HCl:H₂O=1:1,并在其中加入一定量的氯化铁，对ITO进行刻蚀，将光刻图形转移到ITO玻璃上。采用4%的氢氧化钠溶液对刻蚀过的ITO玻璃进行去胶处理。最后检测电极是否短路或短路。

步骤二：甲胺铅碘前驱液制备。配制1mol/L-1.5 mol/L钙钛矿前驱液，称取碘化铅粉末和甲胺碘粉末加入到所用混合溶剂中，在60℃-80℃的条件下搅拌10小时以上，使其充分溶解，溶解步骤在充满氮气的手套箱中操作。

步骤三：PDMS的配置。取 PDMS A胶放入烧杯中，加入 B胶后，用玻璃棒剧烈搅拌1-5分钟后，转移至手套箱中静置备用。

步骤四：光导型光电探测器制备。将刻蚀好电极的ITO玻璃，经过丙酮、异丙醇、乙醇、去离子水依次超声清洗15到20分钟后。用紫外灯臭氧清洗机对洁净ITO基片进行10-20分钟处理后，将基片转移至充满氮气的手套箱中。将钙钛矿前驱液浸润ITO基片表面，旋涂后，转移至烘胶台上退火25-35分钟。

步骤五：光电探测器封装处理。将退火后的基片恢复至室温,取适量PDMS覆盖基片表面，旋涂后，将基片转移至烘胶台上60℃加热一小时待PDMS固化后测试性能。

本发明的有益效果是：

（1）通过改变钙钛矿前驱液中溶剂体积比。将单一溶剂的钙钛矿前驱液调整为两种常见溶剂（DMSO与DMF）混合的钙钛矿前驱液，采用纯的DMSO作为溶剂、DMSO和DMF按照体积比1:1混合的溶剂、纯的DMF作为溶剂制备钙钛矿前驱体溶液，原位旋涂后，进行退火生长钙钛矿薄膜，得到不同形貌的甲胺铅碘多晶薄膜。