本發(fā)明涉及半導(dǎo)體納米材料以及光電探測(cè)器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于zno/cspbbr3/moo3結(jié)構(gòu)的自驅(qū)動(dòng)高穩(wěn)定性純無機(jī)鈣鈦礦材料的光電探測(cè)器。

背景技術(shù)：

有機(jī)無機(jī)雜化鹵化鉛鈣鈦礦材料近年來引起了廣泛的關(guān)注，它們具有較大的吸收系數(shù)，長(zhǎng)的載流子壽命和擴(kuò)散長(zhǎng)度，因而在太陽能電池、led、光電探測(cè)器和激光器中都有較多應(yīng)用。然而，較差的穩(wěn)定性使得有機(jī)無機(jī)雜化鹵化鉛鈣鈦礦在空氣中水、氧分子的影響下很容易分解，限制了其在光電器件中的發(fā)展[1]。而純無機(jī)鈣鈦礦材料被證明具有更高的化學(xué)穩(wěn)定性和電學(xué)性能[2-4]，因此基于純無機(jī)鈣鈦礦光電探測(cè)器的性能研究具有極大的研究意義，同時(shí)系統(tǒng)研究其穩(wěn)定性具有重要的研究?jī)r(jià)值。

【參考文獻(xiàn)】

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技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于上述技術(shù)背景，本發(fā)明提供一種基于fto/zno納米棒/cspbbr3/moo3/au結(jié)構(gòu)的自驅(qū)動(dòng)高穩(wěn)定性純無機(jī)光電探測(cè)器及其制備方法。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的。它主要由透明導(dǎo)電玻璃、電子傳輸層、鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸層、金屬電極組成，其中電子傳輸層由在zno種子層上生成的zno納米棒構(gòu)成，同時(shí)也是空穴阻擋層，鈣鈦礦吸光層是通過兩步法合成的鈣鈦礦cspbbr3構(gòu)成，空穴傳輸層是由moo3構(gòu)成，同時(shí)也是電子阻擋層，金屬電極為au膜。

本發(fā)明的具體制備流程和工藝如下：

(1)分別用去離子水、丙酮、酒精超聲透明導(dǎo)電玻璃fto各15分鐘，然后用紫外臭氧環(huán)境處理30分鐘。

(2)zno種子層采用旋涂的方法制備。用1.5m的醋酸鋅溶液溶解在甲醇溶液中然后攪拌10分鐘，采用5000r/min的轉(zhuǎn)速旋涂在fto上，時(shí)間為20秒。在100℃條件下烘干10min，再轉(zhuǎn)移到馬沸爐中進(jìn)行退火，時(shí)間為2h。得到的zno種子層厚度大約20nm～50nm，30nm左右較佳。

(3)zno納米棒采用水浴法制備。用0.6g聚醚酰亞胺(pei)加入到150ml去離子水中攪拌，然后加入50mmol/l六水硝酸鋅(zn(no3)2·6h2o)和30mmol/l六次甲基四胺(c6h12n4)，充分?jǐn)嚢?0分鐘，將步驟(2)退火后的樣品放入溶液中，在88.5度環(huán)境下反應(yīng)10分鐘，從溶液中取出來后將樣品充分吹干。將zno納米棒轉(zhuǎn)移到馬沸爐中進(jìn)行退火，溫度為300℃，時(shí)間為2h。得到的zno納米棒的長(zhǎng)度大約300nm～500nm，其中400nm左右較佳。

(4)鈣鈦礦層的合成方法采用傳統(tǒng)的兩步法。先將1mpbbr2溶解在二甲亞楓dmso中，在70℃條件下保溫15h使之充分溶解，然后過濾備用；將csbr溶解在甲醇溶液中攪拌30分鐘備用；第一步將上述pbbr2溶液采用3000轉(zhuǎn)30秒旋涂在zno納米棒上，然后在熱臺(tái)上烤干，30分鐘后進(jìn)行第二步，在csbr甲醇溶液中浸泡10分鐘，然后250度烤干；

(5)在鈣鈦礦層上再蒸鍍空穴傳輸層。這里空穴傳輸材料采用moo3，采用蒸鍍的方法，蒸發(fā)速率為蒸鍍的moo3的厚度為5nm～30nm，其中12nm左右較佳；

(6)最后的金電極采用蒸鍍的方法，蒸發(fā)速率為蒸鍍的au電極的厚度為50nm～70nm.最佳厚度為60nm左右；

(7)檢測(cè)光電性能和穩(wěn)定性后即得該產(chǎn)品。

為了測(cè)試器件的穩(wěn)定性，我們采用了以下四種方法：

(1)測(cè)試器件在長(zhǎng)時(shí)間光照下的光電流強(qiáng)度；

(2)將器件長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中且沒有任何封裝，每隔24小時(shí)，對(duì)器件的光電性能進(jìn)行一次測(cè)試；

(3)將器件加熱到不同的溫度，從50℃到100℃每10℃一個(gè)間隔，并分別測(cè)出每個(gè)溫度下器件的光電性能；

(4)測(cè)試器件的耐水性。首先將器件浸入乙醇溶液中，3秒后取出，發(fā)現(xiàn)器件的光電性能并沒有明顯的下降，于是嘗試在乙醇溶液中加入一定量的去離子水。設(shè)置乙醇與酒精的溶液分別為9:1，8:2，7:3等，將器件浸入相同的時(shí)間并取出吹干測(cè)試。

形貌和晶體結(jié)構(gòu)采用場(chǎng)致發(fā)射掃描電子顯微鏡(sem)(jsm-7100f)、x射線衍射(xrd)(brukerd8advancecukaradiation)、紫外-可見(uv)分光光度計(jì)(uv3600)進(jìn)行檢測(cè)。探測(cè)器的光電性能采用相應(yīng)的方法測(cè)試。這些測(cè)試分析結(jié)果分別列于附圖中。

本發(fā)明將zno納米棒、cspbbr3和moo3有機(jī)結(jié)合起來，獲得了一種高探測(cè)度、高響應(yīng)度和具有較高穩(wěn)定性的純無機(jī)自驅(qū)動(dòng)光電探測(cè)器。

檢測(cè)的高穩(wěn)定性如下：光照20分鐘后光電流幾乎沒有變化；在空氣中保存30天后還保留有大于40％的光電流；在70℃下還具有100倍的開關(guān)比；可以浸入乙醇與去離子水體積比為8:2的混合溶液中，技術(shù)性能沒有明顯的降低。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)該方法操作步驟簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)成本低廉，且所制備的zno納米棒/cspbbr3異質(zhì)結(jié)的整體結(jié)構(gòu)清晰，zno納米棒均勻整齊，同時(shí)具有較高的穩(wěn)定性。

眾所周知，有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦材料在空氣中的穩(wěn)定性差，空氣中的水分子和氧分子使得鈣鈦礦容易分解，本發(fā)明采用純無機(jī)的材料，而無機(jī)的鈣鈦礦材料則穩(wěn)定性好。其次，本器件的空穴傳輸材料也采用了無機(jī)材料moo3,比常用的空穴傳輸材料spiro-ome-tad易于成膜且價(jià)格低廉、環(huán)境友好。

(2)器件的穩(wěn)定性測(cè)試較為全面。分別測(cè)試了長(zhǎng)時(shí)間光照對(duì)器件光電性能的影響，無任何封裝暴露在空氣中對(duì)器件光電性能，器件的耐熱性，以及器件的耐水性均無較大影響。

(3)器件具有自驅(qū)動(dòng)的性能，不需要外部偏壓來驅(qū)動(dòng)，低功耗工作，節(jié)約能源。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本發(fā)明的zno/鈣鈦礦層的sem圖。(a)、(b)分別為：zno納米棒/鈣鈦礦的表面，zno納米棒/鈣鈦礦的截面。

圖3是zno納米棒和zno納米棒/鈣鈦礦的uv吸收。

圖4是12nmmoo3厚度的探測(cè)器的i-v特性曲線。

圖5是12nmmoo3厚度的探測(cè)器的i-t特性曲線。

圖6是不同moo3厚度的探測(cè)器的響應(yīng)度曲線。

圖7是不同moo3厚度的探測(cè)器的探測(cè)度曲線。

其中結(jié)構(gòu)圖1中，1---fto層，2---zno種子層，3---zno納米棒層，4---cspbbr3鈣鈦礦層，5---moo3層，6---au膜電極。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例將能夠更好地理解本發(fā)明。

實(shí)施例1：12nm厚度moo3探測(cè)器的制備的制備：

(1)分別用去離子水、丙酮、酒精超聲透明導(dǎo)電玻璃fto各15分鐘，然后用紫外臭氧環(huán)境處理30分鐘。

(2)zno種子層采用旋涂的方法制備。用1.5m的醋酸鋅溶液溶解在甲醇溶液中然后攪拌10分鐘，采用5000r/min的轉(zhuǎn)速旋涂在fto上，時(shí)間為20秒。在100℃條件下烘干10min，再轉(zhuǎn)移到馬沸爐中進(jìn)行退火，時(shí)間為2h。

(3)zno納米棒采用水浴法制備。用0.6g聚醚酰亞胺(pei)加入到150ml去離子水中攪拌，然后加入50mmol/l六水硝酸鋅(zn(no3)2·6h2o)和30mmol/l六次甲基四胺(c6h12n4)，充分?jǐn)嚢?0分鐘，將步驟(2)退火后的樣品放入溶液中，在88.5度環(huán)境下反應(yīng)10分鐘，從溶液中取出來后將樣品充分吹干。將zno納米棒轉(zhuǎn)移到馬沸爐中進(jìn)行退火，溫度為300℃，時(shí)間為2h；

(4)鈣鈦礦層的合成方法采用傳統(tǒng)的兩步法。先將1mpbbr2溶解在dmso(二甲亞楓)中，在70℃條件下保溫15h使之充分溶解，然后過濾備用；將csbr溶解在甲醇溶液中攪拌30分鐘備用；pbbr2溶液采用3000轉(zhuǎn)30秒旋涂在zno納米棒上，然后在熱臺(tái)上烤干，30分鐘后，在csbr甲醇溶液中浸泡10分鐘，然后250度烤干；

(5)在鈣鈦礦層上再蒸鍍htm層。這里htm層的材料采用moo3，采用蒸鍍的方法，蒸發(fā)速率為蒸鍍的moo3的厚度12nm；

(6)最后的金電極采用蒸鍍的方法，蒸發(fā)速率為蒸鍍的au電極的厚度最終為60nm左右；

(7)檢測(cè)后即得產(chǎn)品。

將得到的器件進(jìn)行xrd、sem表征分析，將組裝好的光電探測(cè)器測(cè)試其i-v特性曲線、i-t特性曲線、光電響應(yīng)曲線和響應(yīng)速度。這些測(cè)試分析結(jié)果分別列于附圖中。

實(shí)施例2：不同厚度moo3探測(cè)器的制備：

(1)分別用去離子水、丙酮、酒精超聲透明導(dǎo)電玻璃fto各15分鐘，然后用紫外臭氧環(huán)境處理30分鐘。

(2)zno種子層采用旋涂的方法制備。用1.5m的醋酸鋅溶液溶解在甲醇溶液中然后攪拌10分鐘，采用5000r/min的轉(zhuǎn)速旋涂在fto上，時(shí)間為20秒。在100℃條件下烘干10min，再轉(zhuǎn)移到馬沸爐中進(jìn)行退火，時(shí)間為2h。

(3)zno納米棒采用水浴法制備。用0.6g聚醚酰亞胺(pei)加入到150ml去離子水中攪拌，然后加入50mmol/l六水硝酸鋅(zn(no3)2·6h2o)和30mmol/l六次甲基四胺(c6h12n4)，充分?jǐn)嚢?0分鐘，將步驟(2)退火后的樣品放入溶液中，在88.5度環(huán)境下反應(yīng)10分鐘，從溶液中取出來后將樣品充分吹干。將zno納米棒轉(zhuǎn)移到馬沸爐中進(jìn)行退火，溫度為300℃，時(shí)間為2h；

(4)鈣鈦礦層的合成方法采用傳統(tǒng)的兩步法。先將1mpbbr2溶解在dmso(二甲亞楓)中，在70℃條件下保溫15h使之充分溶解，然后過濾備用；將csbr溶解在甲醇溶液中攪拌30分鐘備用；pbbr2溶液采用3000轉(zhuǎn)30秒旋涂在zno納米棒上，然后在熱臺(tái)上烤干，30分鐘后，在csbr甲醇溶液中浸泡10分鐘，然后250度烤干；

(5)在鈣鈦礦層上再蒸鍍htm層。這里htm層的材料采用moo3，采用蒸鍍的方法，蒸發(fā)速率為蒸鍍的moo3的厚度分別為0nm,6nm,12nm24nm和48nm；

(6)最后的金電極采用蒸鍍的方法，蒸發(fā)速率為蒸鍍的au電極的厚度最終為60nm左右；

(7)檢測(cè)。

將得到的器件進(jìn)行xrd、sem表征分析，將組裝好的光電探測(cè)器測(cè)試其i-v特性曲線、i-t特性曲線、光電響應(yīng)曲線和響應(yīng)速度。這些測(cè)試分析結(jié)果分別列于附圖中。