[发明专利]一种石墨烯/硫化铅/钙钛矿光电探测器及其制备方法

说明书

本发明提供一种石墨烯/硫化铅/钙钛矿光电探测器及其制备方法，其中，一种石墨烯/硫化铅/钙钛矿光电探测器，包括衬底，从所述衬底往上依次铺设有石墨烯薄膜、金属电极、硫化铅层、三维钙钛矿层、二维钙钛矿层；其中，所述石墨烯薄膜上两端各铺设有一个所述金属电极，且中间与所述硫化铅层接触。该石墨烯/硫化铅/钙钛矿光电探测器通过引入三维钙钛矿层钝化硫化铅层表面缺陷，抑制载流子的复合，提升载流子寿命；同时，硫化铅/三维钙钛矿复合结构可有效分离光生载流子，最终实现高增益的光电探测器；此外，覆盖二维钙钛矿薄膜，增强光电探测器的稳定性。该结构具有轻薄、增益高、稳定性好、易集成等优点，是一种实用性强的光电探测器。

技术领域

本发明属于半导体光电子器件领域，具体涉及一种石墨烯/硫化铅/钙钛矿光电探测器及其制备方法。

背景技术

红外光电探测器是一种把红外光信号转换为电信号的器件，根据器件对红外光辐射响应方式的不同，红外光电探测器可分为光电导型、内建电场光伏型、光热电型和测辐射热计型。红外探测器是现代国防军事的重要技术，方便官兵在夜晚、烟雾、雾天中的观察作战。目前广泛应用的红外探测器技术包括制冷和非制冷两类，其中制冷型红外成像由于需要复杂的制冷设备，而导致系统笨重，不易于官兵作战。非制冷红外成像技术起步较晚，但是发展迅速，硫化铅红外光电探测器是一种典型的非制冷红外探测器。研究人员将石墨烯与硫化铅吸光层相结合，形成复合结构，石墨烯中的电子转移至近端吸光层，填充由光子吸收产生的吸光材料价带中的空态，使得吸光层中光激发产生的电子空穴对复合受到抑制，硫化铅中的电子保留在导带中而不会衰减。同时，石墨烯与硫化铅所形成的异质结可实现光生载流子的有效分离，使得载流子寿命增大，进而引起器件增益和响应度的协同增加。

在现有技术中，一般使用溶液法制备硫化铅纳米薄膜，这样得到的硫化铅纳米薄膜的表面存在较多缺陷，这些缺陷为载流子复合提供了可能，同时还将导致大的泄漏电流，影响探测器的增益、响应度和比探测率。为了实现高性能的石墨烯/硫化铅红外光电探测器，需要有效抑制硫化铅纳米薄膜的表面缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种石墨烯/硫化铅/钙钛矿光电探测器，该光电探测器能有效抑制硫化铅纳米薄膜表面存在较多缺陷造成石墨烯/硫化铅红外光电探测器在使用时电流泄露、增益小的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种石墨烯/硫化铅/钙钛矿光电探测器，包括衬底，从所述衬底往上依次铺设有石墨烯薄膜、金属电极、硫化铅层、三维钙钛矿层、二维钙钛矿层；其中，所述石墨烯薄膜上两端各铺设有一个所述金属电极，且所述石墨烯薄膜中间与所述硫化铅层接触。

优选地，所述衬底为带有二氧化硅层的硅片。

进一步地，所述金属电极与所述衬底间铺设1-3层石墨烯薄膜。

进一步地，所述金属电极包括金、银、铬/金、铬/银；优选地，含铬的复合金属电极，铬位于石墨烯薄膜之上，金或银薄膜位于铬之上。

进一步地，所述硫化铅层由粒径50-500nm的纳米晶粒或大小1-10nm的量子点构成。

进一步地，所述三维钙钛矿层厚度为100-300nm，包括PbI₂/MAI、PbCl₂/MAI、PbI₂/FAI、PbI₂/PbCl₂/MAI、PbI₂/MACl/MAI体系。

进一步地，所述二维钙钛矿层由多元环碘化胺和所述三维钙钛矿层中过量的PbI₂反应生成，所述多元环碘化胺由多元环胺与氢碘酸通过酸碱成盐、旋蒸及重结晶得到；其中，所述多元环胺包括：环丁胺、环戊胺、环己胺、环庚胺、环辛胺。