[发明专利]基于空穴传输层界面优化的钙钛矿光电探测器及制备方法

说明书

本发明公开了基于空穴传输层界面优化的钙钛矿光电探测器及制备方法，该光电探测器采用正型结构，由衬底、透明导电ITO阳极、空穴传输层、超薄修饰层、钙钛矿光活性层、电子传输层、阴极缓冲层、金属阴极从下到上依次组成，所述超薄修饰层为PFN‑Br甲醇溶液经旋涂制得，溶液浓度为2mg/ml；本发明通过在空穴传输层和钙钛矿光活性层之间引入两亲性聚合物超薄修饰层，使空穴传输层与钙钛矿光活性层之间的连接更紧密，有利于载流子在界面间的传输；同时通过超薄修饰层调节空穴传输层表面的亲疏水性，改善钙钛矿薄膜的结晶质量，减少钙钛矿光活性层缺陷，提高器件光探测性能。

技术领域

本发明属于钙钛矿光伏器件或钙钛矿光电探测器领域，具体涉及一种基于空穴传输层界面优化的钙钛矿光电探测器。

背景技术

光作为一种媒介，既能传递能量，也能传输信息；在如今这个高速信息时代，光的信息传递作用越来越重要；光电探测器是将光信号转换为电信号的装置，以便于信息的加工、分析和存储，是光电系统中的核心部件，在图像传感、光通信、环境监测和化学、生物检测等领域有广泛应用；起到光转换作用的光活性层材料对光电探测器性能有决定性的作用，钙钛矿材料是光伏领域的革新性材料，具有高载流子迁移率，长激子扩散长度，低束缚能和成本低、可溶液法制备等特点；良好的光电特性和相对简单的制备方法使钙钛矿材料成为制备高性能、低成本光电探测器的理想材料。

钙钛矿活性层的结晶质量、薄膜形貌对探测器性能至关重要；常用的载流子传输层多为疏水性的有机材料，而钙钛矿为亲水性材料；因此通过溶液法在疏水的载流子传输层上制备钙钛矿活性层时，由于极性差异，钙钛矿结晶质量差，薄膜出现较多孔洞和缺陷，在一些载流子传输层材料表面甚至难以成膜，这严重影响钙钛矿光电探测器的性能；并且得到的钙钛矿活性层与载流子传输层之间并没有形成紧密的接触，这会阻碍载流子在该界面处的传输，不利于载流子的提取与收集；在载流子传输层与钙钛矿活性层之间引入超薄修饰层是一种解决上述问题的有效方法。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种基于空穴传输层界面优化的钙钛矿光电探测器及制备方法，通过在空穴传输层和钙钛矿光活性层之间引入两亲性聚合物超薄修饰层，使空穴传输层与钙钛矿光活性层之间的连接更紧密，有利于载流子在界面间的传输；同时通过超薄修饰层调节空穴传输层表面的亲疏水性，改善钙钛矿薄膜的结晶质量，减少钙钛矿光活性层缺陷，提高器件光探测性能。

发明采用的技术方案如下：基于空穴传输层界面优化的钙钛矿光电探测器，该光电探测器采用正型结构，由衬底、透明导电ITO阳极、空穴传输层、超薄修饰层、钙钛矿光活性层、电子传输层、阴极缓冲层、金属阴极从下到上依次组成，所述超薄修饰层为PFN-Br甲醇溶液经旋涂制得。

本发明的工作原理为：本发明通过在空穴传输层和钙钛矿光活性层之间制备一层超薄的两亲性聚合物PFN-Br作为超薄修饰层，PFN-Br同时具备疏水性主链和亲水性官能团，能与空穴传输层和钙钛矿光活性层紧密结合，从而改善钛矿光活性层的成膜质量和电子传输层与钙钛矿光活性层之间的接触，提高了器件的光探测性能。

进一步地，所述空穴传输层为TAPC，厚度范围为20～40nm。

进一步地，所述超薄修饰层，PFN-Br甲醇溶液浓度为2mg/ml厚度范围为5～10nm。

进一步地，所述钙钛矿光活性层为钙钛矿前驱体溶液经旋涂制得，所述钙钛矿前驱体溶液由744mg PbI₂和254mg CH₃NH₃I溶于1mL DMF中制得的CH₃NH₃PbI₃溶液；所述钙钛矿光活性层，厚度范围为250～400nm。

进一步地，所述电子传输层为PC₆₁BM，厚度范围为5～20nm。

进一步地，所述阴极缓冲层为Bphen，厚度范围为1～2nm。