[发明专利]一种铪掺杂氧化锌的光电探测器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种铪掺杂氧化锌的光电探测器及其制备方法，器件结构为FTO/Hf‑ZnO/CH3NH3PbI3/spiro‑OMe TAD/Au，该器件展示了8.95％的光电转换效率。同时，此器件展示了较好的光电响应性能，其值在0偏压下高达7.0A/W；而真空退火的器件的探测度最高，达到1002的响应度。本发明操作步骤简单，实验成本低廉，制作的探测器具有较高的响应度和探测灵敏度。

技术领域

本发明涉及半导体纳米材料以及光电探测器技术领域，特别涉及一种铪掺杂氧化锌的光电探测器及制备方法。

背景技术

光电探测器借助于其原材料来源广泛，制备简单，探测范围可调等优势，在图像传感，环境监测以及化学生物成像等领域展现出巨大的潜力。有机无机杂化卤化铅钙钛矿材料近年来引起了广泛的关注，它们具有较大的吸收系数，长的载流子寿命和扩散长度，因而在太阳能电池、LED、光电探测器和激光器中都有较多应用。然而，较差的稳定性使得有机无机杂化卤化铅钙钛矿在空气中水、氧分子的影响下很容易分解，限制了其在光电器件中的发展。作为直接宽带隙半导体，ZnO因其禁带宽度为3.3eV，具有优良的光电性能，成本低廉，制备工艺成熟，是目前研究的热点。人们通过向氧化物薄膜中引入掺杂来改善器件的性能，但是，目前未见铪掺杂氧化锌的光电探测器的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是发展一种铪掺杂氧化锌的光电探测器及制备方法。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种铪掺杂氧化锌的光电探测器，主要由透明导电玻璃、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层、金属电极组成，其中电子传输层由铪(Hf)元素掺入氧化锌(ZnO)构成，同时也是空穴阻挡层，钙钛矿吸光层是通过两步法合成的CH3NH3PbI3(钙钛矿)构成，空穴传输层是由 Spiro-OMe TAD构成，同时也是电子阻挡层，金属电极是由Au膜组成。

本发明的具体制备流程和工艺如下：

(1)分别用去离子水、丙酮、酒精超声透明导电玻璃FTO各10分钟，然后用紫外臭氧环境处理20分钟；

(2)掺杂ZnO层采用旋涂制备：用1.0M的醋酸锌溶液溶解在甲醇溶液中随后搅拌15分钟，采用3000r/min的转速旋涂在FTO上，时间为30秒；在120℃条件下烘干8min，再转移到马沸炉中进行退火，时间为1.5h；

(3)钙钛矿层的合成方法采用传统的两步法：先将0.5M PbI₂溶解在DMF(N,N-二甲基甲酰胺)中，在60℃条件下保温10h使之充分溶解，然后过滤备用；将CH₃NH₃I溶解在异丙醇溶液中搅拌十分钟备用；PbI₂溶液采用2000转30秒旋涂在ZnO样品上，然后在热台上烤干，10分钟后，在CH₃NH₃I异丙醇溶液中浸泡3分钟，然后吹干；

(4)在样品上做完钙钛矿层后再旋涂HTM层(空穴传输层)：用spiro-OMe TAD，采用2000 转30秒旋涂在钙钛矿层上面；

(5)最后的金电极采用蒸发蒸镀的方法，蒸发速率为蒸镀的Au电极的厚度为50-60nm。

即可制作出一个完整的光电探测器，同时还具有较高的光电转换效率。

具体的，其中掺杂ZnO的制备是利用磁控溅射技术或原子层沉积的方法制备的，将ZnO 靶材料放在靶台上，同时将掺杂靶材料Hf靶材放在靶台上，对Hf靶材与ZnO靶材选用不同功率比例同时溅射，利用不同比例溅射功率来制备掺杂含量为6％～10％的材料，磁控溅射真空度小于10Pa、衬底温度为室温、工作压强为0.3～0.8Pa、Hf靶材的溅射功率为10～30W， ZnO靶材的溅射功率为50～80W。