[发明专利]基于ZnO纳米棒/CH3NH3PbI3/MoO3结构的自驱动光电探测器及其制备方法

摘要

本发明提出了一种FTO/ZnO纳米棒/CH3NH3PbI3/MoO3/Au结构的自驱动光电探测器及其制备方法，其具体结构为FTO层，ZnO纳米棒电子传输层，也是空穴阻挡层，CH3NH3PbI3为钙钛矿吸光层，半导体氧化物MoO3为空穴传输层，也是电子阻挡层，金属电极是由Au膜组成。采用旋涂、水浴、两步法合成、蒸镀等方法制备。本发明利用了ZnO纳米棒/CH3NH3PbI3形成的有机无机杂化异质结结构及以半导体氧化物MoO3为空穴传输层，使本发明具有较高的响应度和探测器灵敏度，响应率和探测率都分别高达24.3A/W和3.56×1014cmHz1/2/W，同时有一定的自驱动能力，不需要外部偏压来驱动，有利于节约能源。其各项性能远远超过目前所报道的Si基探测器，同时还可以实现近紫外和可见红外的双重探测。本发明操作步骤简单，实验成本低廉，具有较好的应用前景。

主权项

一种基于ZnO纳米棒/CH3NH3PbI3结构的自驱动光电探测器的制备方法，其特征在于步骤为：(1)FTO的预处理：将FTO玻璃片切成面积为2cm×2cm的正方形玻璃样片，依次用去离子水，丙酮，酒精，去离子水进行超声清洗，再用紫外臭氧剂UV清洗15min；(2)ZnO种子层的制备：以甲醇为溶剂，配制5mmol/L的醋酸锌Zn(CH3COO)2溶液，搅拌5分钟，然后开始在FTO玻璃样片上旋涂，旋涂的转速为3000r/min，时间为15s，在100℃条件下烘干10分钟，然后转移到马弗炉中退火2h；(3)ZnO纳米棒的制备：在生长有ZnO种子层FTO玻璃样片上，用水浴法生长ZnO纳米棒，水浴溶液成分为50mmol/L的六水硝酸锌Zn(NO3)2·6H2O、30mmol/L的六次甲基四铵C6H12N4和0.6g的聚醚酰亚胺PEI，同时利用氨水将溶液的PH值控制在10.6‑10.8范围内，水浴的温度为85℃‑90℃，根据不同棒长需求来控制水浴的时间，水浴结束后，先后用去离子水和酒精冲洗，去除表面的杂物，最后转移到马弗炉中退火处理2h；(4)两步法合成钙钛矿层CH3NH3PbI3：第一步是旋涂PbI2，即以N,N‑二甲基甲酰胺DMF为溶剂，配制1mmol/L的PbI2溶液，在70℃的恒温条件下搅拌4h，然后采用旋涂法将PbI2甩在ZnO纳米棒上，旋涂转速为3000r/min，时间为15s，旋涂好后放置在烘干台上烘烤5min；第二步是PbI2与碘甲胺反应合成钙钛矿，即以甲胺和氢碘酸为原料在低温下采用旋转蒸发法制备CH3NH3I晶体，并在乙醇与乙醚溶剂中进行重结晶；再以异丙醇为溶剂，配制0.1g/10ml的CH3NHI溶液，然后将烘干后上面已经旋有PbI2的FTO样片放在溶液中浸泡40s，然后再在烘干台上烘烤10min；(5)制备空穴传输层：采用蒸镀的方法，将半导体氧化物MoO3镀到钙钛矿层上面，蒸镀时保持10‑4的真空度，蒸镀的速率控制在0.1埃/秒，蒸镀的MoO3厚度为12nm；(6)对电极的制备：以Au为电极材料，采用蒸镀的方法，在空穴传输层上蒸镀一层Au，蒸镀的速率控制在0.8埃/秒，蒸镀的Au的厚度为40nm；至此，即可制作成一个完整光电探测器。