[发明专利]高EQE和低FWHM的钙钛矿光电探测器及其制作方法

说明书

本发明公开了一种高EQE和低FWHM的钙钛矿光电探测器及其制作方法；传统的利用电荷收集变窄机制来实现窄带探测的方法在淬灭掉短波长载流子的同时也使目的波长的外量子效率受到显著损耗。本发明包括钙钛矿吸收层Ⅰ、电子阻挡层、钙钛矿吸收层Ⅱ、电子传输层、阳极电极和阴极电极。钙钛矿吸收层Ⅰ、电子阻挡层、钙钛矿吸收层Ⅱ、电子传输层依次排列在阳极电极与阴极电极之间。钙钛矿吸收层Ⅰ和电子阻挡层为P型；钙钛矿吸收层Ⅱ和电子传输层为N型；电子阻挡层与钙钛矿吸收层Ⅱ形成异质PN结。本发明具有实现高光响应、高比探测率、高外量子效率和小于20nm的半峰全宽的窄探测的功能，且外加偏置电压完全不会影响器件的窄带效果。

技术领域

本发明属于窄带光电探测技术领域，具体涉及一种高EQE和低FWHM的钙钛矿窄带光电探测器及其制作方法。

背景技术

窄带光电探测技术是一种光谱选择性光电探测技术，在当代生活中应用范围不断扩展，比如：在光学成像、机器视觉、光通信、气候检测、光谱学等领域。在这些领域中，只需要检测特定波长范围内的光，而其他波长范围的光需要被拒绝或不对光电探测器产生反应。所以窄带光电探测器作为光谱选择探测领域的核心器件，愈加受到了研究人员的关注和重视。其中，外量子效率(EQE)和半峰全宽(FWHM)是衡量窄带光电探测器探测能力的关键性因素。因此，设计具有高的外量子效率和低的半峰全宽的器件结构具有重要的意义和使用价值。

传统的窄带光电探测器通常通过下面四种方法来实现：(1)通过将宽带光电探测器与滤光片相结合；(2)通过等离子体激元效应有意增强特定波长范围内的吸收；(3)通过使用具有窄带吸收的光敏材料；(4)通过形成高密度表面缺陷或加入复合中心来淬灭短波长光生载流子的电荷收集变窄机制来漂白短波长吸收的外量子效率。然而，宽带光电探测器与滤光片的结合会增大器件的复杂程度，不便于集成，也会限制色彩感知的质量。此外，由于滤波器固有的局限性，目前的商用带通滤波器在许多情况下不能满足日益严格的应用要求。等离子体增强吸收和使用窄带吸收的光敏材料的方法都实现不了光谱中心波长的宽范围可调谐。而传统的利用电荷收集变窄机制来实现窄带探测的方法在淬灭掉短波长载流子的同时也相应地使目的波长的外量子效率受到极大程度的损耗，器件的低外量子效率可能严重限制它们的应用。因此，研究一种具有高EQE、低FWHM的器件结构显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于针对现有窄带光电探测器结构存在的上述不足，提出一种新的高EQE、低FWHM的窄带光电探测器结构及其制作方法，使器件可以在特定的中心波长下具有高的响应效果和窄带效果。本发明采用Spiro-OMeTAD作为电子阻挡层来将钙钛矿层分为两部分，一部分是钙钛矿吸收层Ⅰ，一部分是钙钛矿吸收层Ⅱ。Spiro-OMeTAD因为自身的能级结构，可以对电子形成迁移的势垒，阻止电子的进一步迁移。通过控制钙钛矿吸收层Ⅰ的厚度可以控制器件的窄带效果和响应情况；另一方面，通过调节器件各个材料的掺杂浓度和外加偏置电压的大小来增强中心波长处的外量子效率。而且改变钙钛矿材料的混合比例情况可以调节光谱响应的中心波长。

本发明一种高EQE、低FWHM的钙钛矿窄带光电探测器，包括钙钛矿吸收层Ⅰ、电子阻挡层、钙钛矿吸收层Ⅱ、电子传输层、阳极电极和阴极电极。钙钛矿吸收层Ⅰ、电子阻挡层、钙钛矿吸收层Ⅱ、电子传输层设置在阳极电极与阴极电极之间，且沿着阳极电极向阴极电极的方向依次排列。钙钛矿吸收层Ⅰ和电子阻挡层为P型；钙钛矿吸收层Ⅱ和电子传输层为N型；电子阻挡层与钙钛矿吸收层Ⅱ形成异质PN结。

作为优选，所述电子阻挡层的材料采用Spiro-OMeTAD。

作为优选，所述电子阻挡层的厚度为0.1μm-0.25μm。

作为优选，所述钙钛矿吸收层Ⅰ的厚度为1-2μm。

作为优选，所述钙钛矿吸收层Ⅰ的厚度为1.5μm。

作为优选，所述钙钛矿吸收层Ⅱ的厚度为31μm。所述电子传输层的厚度为0.02μm-0.1μm。