[发明专利]一种锡（II）基钙钛矿混合体异质结薄膜、制备方法及光电探测器

说明书

本发明涉及一种二价锡(II)基钙钛矿混合体异质结薄膜、制备方法及光电探测器，属于无毒无机钙钛矿材料、光电探测器材料和器件技术领域。所述混合体异质结薄膜由稳定性优良的FAsubgt;1‑x/subgt;Cssubgt;x/subgt;SnBrsubgt;3/subgt;锡基钙钛矿材料和PVK混合而成，x的取值范围为0.05～0.2，FAsubgt;1‑x/subgt;Cssubgt;x/subgt;SnBrsubgt;3/subgt;和PVK的摩尔比为200:1～600:1。通过锡基钙钛矿材料FAsubgt;1‑x/subgt;Cssubgt;x/subgt;SnBrsubgt;3/subgt;与PVK混合，并通过优化其掺杂的摩尔比，最终得到了有利于光生载流子产生和传输的体异质结薄膜。PVK的引入不仅可以有效钝化FAsubgt;1‑x/subgt;Cssubgt;x/subgt;SnBrsubgt;3/subgt;薄膜表面的缺陷，还可进一步阻止水和氧气对锡(II)基钙钛矿FAsubgt;1‑x/subgt;Cssubgt;x/subgt;SnBrsubgt;3/subgt;的侵蚀。将本发明所述的混合体异质结薄膜作为锡基钙钛矿光电探测器的有源层制备的光电探测器具有优异的性能。

技术领域

本发明涉及一种锡(II)基钙钛矿混合体异质结薄膜、制备方法及光电探测器，属于无毒无机钙钛矿材料、光电探测器材料和器件技术领域。

背景技术

光电探测器在图像传感、光通信、自动化制造、化学/生物测量及军事测量等方面存在众多潜在应用。近年来，由于有机-无机杂化卤化钙钛矿材料本身具有较长的载流子扩散距离、较高的载流子迁移率以及较为简单的制备流程，使其一跃成为光电探测器、太阳能电池和发光二极管等光电器件中最有前景的半导体材料之一。基于钙钛矿材料制备的光电探测器虽说在近些年取得了长足进步，但绝大多数高性能光电探测器都是基于含铅钙钛矿材料所制备的器件。众所周知，铅元素不仅会对自然环境造成严重污染，而且铅元素在体内的长期积蓄还会导致人体出现慢性铅中毒。上述因素的存在被认为是铅基钙钛矿光电器件进一步投入实际商业化应用的最大障碍。因此，通过使用其他非铅元素来取代钙钛矿材料中的铅元素是钙钛矿光电探测器发展的必经之路。

钙钛矿材料的通用化学式为ABX₃，其中A为Cs⁺、MA⁺或FA⁺等一价阳离子；B为Pb²⁺、Sn²⁺或Ge²⁺等二价阳离子；X则为Cl^-、Br^-或I^-等卤素阴离子。在钙钛矿晶体结构中，单个B位点二价阳离子将与6个X位点一价阴离子配位形成[BX₆]^4-八面体结构，各八面体通过共顶点相连接并将A位点阳离子包围其中，最终向三个维度拓展形成网状结构。对于钙钛矿材料来说，Goldschmidt容

差因子t是判断其钙钛矿结构稳定性的关键经验指标，其表达式为：

而八面体因子μ则是作为前述[BX₆]^4-八面体结构能否形成的关键因素，其表达式为：

其中R_A、R_B和R_X分别代表钙钛矿通式ABX₃中三种元素的离子半径。当t在0.813和1.107之间时，钙钛矿晶体结构可以稳定地保持。而且当t在0.9和1.0之间时，上述钙钛矿晶体将是完美的立方体结构。而μ的最佳取值则是处于0.44和0.90之间。