[发明专利]一种硫化铜/氧化锌异质结柔性透明自驱动紫外光电探测器

说明书

本发明涉及一种硫化铜/氧化锌异质结柔性透明自驱动紫外光电探测器，包括柔性透明衬底、硫化铜/氧化锌异质结活性层和电极层。将铜纳米线进行硫化处理，得到p型硫化铜层包裹的铜纳米线；在p型硫化铜层表面生长n型氧化锌纳米线层后制得硫化铜/氧化锌p‑n异质结纳米线；将硫化铜/氧化锌p‑n异质结纳米线喷涂于柔性透明衬底上，制得硫化铜/氧化锌p‑n异质结薄膜活性层；在硫化铜/氧化锌p‑n异质结薄膜活性层上沉积叉指结构透明电极，获得柔性透明自驱动紫外光电探测器。该紫外光电探测器的响应时间小于20 ms，透光度在80%以上，在不施加额外电压条件下显示出良好的紫外传感性能。

技术领域

本发明涉及一种硫化铜/氧化锌异质结自驱动柔性透明紫外光电探测器，属于纳米材料制备与紫外光电探测器技术领域。

背景技术

紫外光电探测器是光电器件系统的关键器件，可广泛应用于火焰传感、光通信和环境监测等领域。便携式、可穿戴式是紫外光电探测器的重要发展方向。可穿戴紫外光电探测器应具有柔性、透明性、小尺寸和轻质等特征。此外，自驱动功能也是可穿戴紫外光电探测器的一个重要需求。因此，自驱动柔性透明紫外光电探测器引起了人们的广泛关注。

氧化锌材料具有成本低、带隙宽(3.37 eV)和结合能大 (60 meV)等特性，被认为是一种极具前景的紫外光探测器活性材料。基于氧化锌材料的紫外光电探测器，特别是自驱动器件，被人们广泛研究。基于纯氧化锌材料的紫外光电探测器由于氧化锌材料中存在大量的缺陷态，限制了器件中的电荷转移过程，通常表现出较差的光响应性能。基于氧化锌材料的p-n异质结材料和器件，具有响应时间低、开关比高等优势，是自驱动紫外光电探测器的理想选择。研究人员将氧化锌与不同的p型材料例如 Si、 GaN、 CuO、NiO等复合制备了多种p-n异质结材料，构筑了自驱动紫外光电探测器。然而，这些器件大多基于薄膜p-n异质结和电极，导致响应速度有限，透明度低，灵活性差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种响应速度快、稳定性高、透明度高的柔性透明自驱动紫外光电探测器，以用于具有耐弯折、抗拉伸和透明性需求的可穿戴电子设备。

本发明提供的一种硫化铜/氧化锌异质结柔性透明自驱动紫外光电探测器，由内至外依次包括衬底、硫化铜/氧化锌p-n异质结活性层和电极层。所述衬底上喷涂有网格结构的硫化铜/氧化锌p-n异质结活性层，所述硫化铜/氧化锌p-n异质结活性层上通过掩膜板图案化喷涂沉积的叉指结构形成电极层，最终获得自驱动柔性透明紫外光电探测器器件。

进一步，所述衬底为透明柔性材料制成，所述透明柔性材料包括PET、PDMS、PI和TPU。

进一步，所述硫化铜/氧化锌p-n异质结活性层为硫化铜/氧化锌p-n异质结纳米线喷涂在柔性透明衬底表面以形成的网格结构。

进一步，所述硫化铜/氧化锌p-n异质结纳米线通过将铜纳米线进行硫化处理制备得具有p型硫化铜层，并在p型硫化铜层表面生长n型分支状氧化锌层纳米线阵列而获得。

进一步，所述p型硫化铜层为薄膜或纳米线结构。

进一步，所述p型硫化铜层的厚度为0.3-1 μm；n型氧化锌层为分支状纳米线阵列结构，通过水热法在硫化铜层表面生长制备，厚度为0.2-0.6 μm。

进一步的，所述硫化铜/氧化锌p-n异质结活性层为纳米线网格结构，通过喷涂技术沉积于柔性透明衬底表面，厚度为1-2 μm，透光度85%。

进一步的，所述电极层为叉指结构柔性透明导电薄膜，其方阻为2-25Ω.sq^–1。

进一步的，所述叉指结构柔性透明导电薄膜通过掩膜板在硫化铜/氧化锌p-n异质结活性层表面图案化喷涂沉积制备；柔性透明导电薄膜中导电材料为金纳米线、银纳米线、铜纳米线或碳纳米管