本發(fā)明屬于光電探測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于介質(zhì)/金屬/介質(zhì)電極的鈣鈦礦光電探測器及其制備方法。

背景技術(shù)：

光電探測器在光通信，環(huán)境監(jiān)測，圖像傳感、紅外遙感等軍事和國民經(jīng)濟的眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。光電探測器在軍事和國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域有廣泛用途。在可見光或近紅外波段主要用于射線測量和探測、工業(yè)自動控制、光度計量等；在紅外波段主要用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、紅外熱成像、紅外遙感等方面。紫外波段常常用于火災(zāi)探測、消毒、uv檢測等方面?？傊?，光電探測器在國民經(jīng)濟與軍事的各個領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用，具有顯著的軍事價值和經(jīng)濟價值。目前市場上絕大部分光電探測器都是基于無機材料制作的。有機無機雜化鈣鈦礦材料消光系數(shù)高、吸收范圍寬、激子擴散長度長等優(yōu)點使其成為制作寬光譜響應(yīng)探測器的絕佳材料。與無機探測器相比，鈣鈦礦有機無機雜化探測器具有制備工藝簡單、成本低、重量輕、響應(yīng)速度快等眾多優(yōu)點，市場前景十分廣闊。同時，隨著移動智能設(shè)備的快速發(fā)展,透明電極的市場迅猛增長。錫摻雜氧化銦(ito)透明電極占據(jù)透明電極絕大部分的市場份額。但是一方面銦是一種稀缺資源，另一方面ito脆性、差的耐熱性、和大面積下差的導(dǎo)電性迫切的促使人們開發(fā)新的可以取代ito的透明電極。探測器響應(yīng)光譜可調(diào)對于避免背景輻射的干擾具有重要的意義。目前還未見響應(yīng)光譜可調(diào)的鈣鈦礦光電探測器的相關(guān)報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對背景技術(shù)中的不足，本發(fā)明采用介質(zhì)/金屬/介質(zhì)多層膜作為鈣鈦礦光電探測器的電極，提供了一種響應(yīng)光譜可調(diào)的基于介質(zhì)/金屬/介質(zhì)電極的鈣鈦礦光電探測器及其制備方法。為實現(xiàn)此目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種基于介質(zhì)/金屬/介質(zhì)電極的鈣鈦礦光電探測器及其制備方法，其特征在于，自下至上包括透明襯底、介質(zhì)/金屬/介質(zhì)電極、鈣鈦礦光敏層、電荷傳輸層、反射電極所組成，器件制備過程按先后順序依次為在透明襯底上制備介質(zhì)/金屬/介質(zhì)電極、在介質(zhì)/金屬/介質(zhì)電極上制備鈣鈦礦光敏層、在鈣鈦礦光敏層上制備電荷傳輸層、在電荷傳輸層上制備反射電極。

進一步的，所述的介質(zhì)/金屬/介質(zhì)電極為三層結(jié)構(gòu)，包括前介質(zhì)層和后介質(zhì)層以及夾在兩層介質(zhì)層中的金屬層所構(gòu)成；其中介質(zhì)層為moo3、woo3、pedot:pss、zno或者tio2透明導(dǎo)電介質(zhì)中的一種或者兩種，金屬層為ag、al、au、cu中的一種。

進一步的，所述的鈣鈦礦光敏層為ch3nh3pbx3鈣鈦礦材料，其中x=cl、br、i或者它們的混合物。

進一步的，當(dāng)介質(zhì)/金屬/介質(zhì)電極中的后介質(zhì)層為電子傳輸材料時，選擇空穴傳輸材料npb、tcta、tapc、cbp、p3ht、spiro-ometad中的一種作為電荷傳輸層；當(dāng)介質(zhì)/金屬/介質(zhì)電極中的后介質(zhì)層為空穴傳輸材料時，選擇電子傳輸類材料c60、c70、bphen、bcp、alq3、pcbm中的一種作為電荷傳輸層。

進一步的，所述的金屬反射電極為al、ag或者au。

進一步的，器件的制備包括以下步驟：

(1)透明襯底清洗

透明襯底依次采用丙酮、水、玻璃清洗劑清洗，清洗完畢后在異丙醇、去離子水、乙醇各超聲處理15分鐘，處理完畢后用高純氮氣吹干，然后放置在紫外燈下，照射20分鐘；

(2)制備介質(zhì)/金屬/介質(zhì)電極

首先，根據(jù)所選介質(zhì)層的不同，在透明襯底上通過熱蒸鍍、旋轉(zhuǎn)涂覆、磁控濺射、ald等方法沉積一層前介質(zhì)層，前介質(zhì)層厚度10-50nm；

然后，在前介質(zhì)層上通過熱蒸鍍或者磁控濺射的方法生長一層金屬層，金屬層厚度5-50nm；

最后，在金屬層上再生長一層后介質(zhì)層，前介質(zhì)層厚度10-50nm；

(3)制備鈣鈦礦光敏層

使用溶液法或者共蒸發(fā)法在介質(zhì)/金屬/介質(zhì)電極上制備一層鈣鈦礦光敏層，鈣鈦礦光敏層的厚度在100-1000nm；

(4)制備電荷傳輸層

根據(jù)所選電荷傳輸材料的不同，選擇熱蒸鍍法或者旋轉(zhuǎn)涂覆法在鈣鈦礦光敏層上沉積一層電荷傳輸層；電荷傳輸層厚度在10-50nm

(5)制備反射電極

在電荷傳輸層上通過熱蒸鍍的方法沉積反射電極，完成器件的制備。

基于光的干涉效應(yīng)制成的介質(zhì)/金屬/介質(zhì)(介質(zhì)/金屬/介質(zhì))多層膜透明電極具備金屬良好的導(dǎo)電性，通過對介質(zhì)/金屬/介質(zhì)電極中介質(zhì)層和金屬層的厚度的調(diào)控可以實現(xiàn)特定范圍波長的選擇性增透和增反。探測器響應(yīng)光譜可調(diào)對于避免背景輻射的干擾具有重要的意義。目前還未見響應(yīng)光譜可調(diào)的鈣鈦礦光電探測器的相關(guān)報道。本發(fā)明采用介質(zhì)/金屬/介質(zhì)透明導(dǎo)電薄膜作為鈣鈦礦光電探測器的電極，通過對介質(zhì)/金屬/介質(zhì)電極中介質(zhì)層和金屬層的調(diào)控，構(gòu)建出響應(yīng)光譜可調(diào)的鈣鈦礦光電探測器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果至少包括：(1)避免了ito的使用，節(jié)約了稀缺的銦資源，降低了器件的制備成本；(2)通過對介質(zhì)/金屬/介質(zhì)電極中介質(zhì)層和金屬層的調(diào)節(jié)，可以實現(xiàn)對特定光譜范圍的響應(yīng)，避免了光探測背景輻射的干擾。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的鈣鈦礦光電探測器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的介質(zhì)/金屬/介質(zhì)電極的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步的說明，應(yīng)該理解，各實施例中各功能層及其制備方法只要不發(fā)生矛盾可以互相替換使用。

實施例一

一種基于介質(zhì)/金屬/介質(zhì)電極的鈣鈦礦光電探測器及其制備方法，器件結(jié)構(gòu)如圖1所示，自下至上包括透明襯底、介質(zhì)/金屬/介質(zhì)電極、鈣鈦礦光敏層、電荷傳輸層、反射電極所組成；所述的介質(zhì)/金屬/介質(zhì)電極如圖2所述，包括前介質(zhì)層，金屬層和后介質(zhì)層組成。具體地，器件結(jié)構(gòu)為glass/moo3/au/pedot:pss/ch3nh3pbclxi3-x/pcbm/ag。器件的制備依次包括以下步驟：(1)透明襯底清洗：旋轉(zhuǎn)玻璃作為透明襯底，透明襯底依次采用丙酮、水、玻璃清洗劑清洗，清洗完畢后在異丙醇、去離子水、乙醇各超聲處理15分鐘，處理完畢后用高純氮氣吹干，然后放置在紫外燈下，照射20分鐘；(2)制備介質(zhì)/金屬/介質(zhì)電極：a、選擇moo3作為前介質(zhì)層，將玻璃透明襯底裝入真空鍍膜機中，當(dāng)真空度小于5×10^-4后，在玻璃透明襯底上通過熱蒸鍍的方法沉積10-50nmmoo3作為前電極層；b、在moo3前介質(zhì)層上繼續(xù)熱蒸鍍5-50nmau作為金屬層；c在au金屬層上通過旋轉(zhuǎn)涂覆的方法沉積一層pedot:pss作為后介質(zhì)層，其中轉(zhuǎn)速2000-5000rpm，旋轉(zhuǎn)時間30-60s；(3)制備鈣鈦礦光敏層:使用一步溶液法在介質(zhì)/金屬/介質(zhì)電極上沉積鈣鈦礦光敏層；選擇二甲基甲酰胺作為溶劑，配置摩爾比1：3的pbcl2和ch3nh3i的鈣鈦礦前驅(qū)體溶液，在介質(zhì)/金屬/介質(zhì)電極上旋轉(zhuǎn)涂覆鈣鈦礦前驅(qū)體溶液，轉(zhuǎn)速1500-4000rpm，旋轉(zhuǎn)時間20-50s，100℃加熱板上退火60分鐘完成鈣鈦礦光敏層的制備；(4)制備電荷傳輸層：選擇pcbm作為電荷傳輸層，配置一定質(zhì)量分數(shù)的pcbm的氯苯溶液，充分溶解后，將其旋轉(zhuǎn)涂覆在鈣鈦礦光敏層上，轉(zhuǎn)速1000-3000rpm；70℃退火10分鐘；(5)制備反射電極：將上述基底裝入真空鍍膜機中，當(dāng)真空度小于5×10^-4pa后，沉積100nmag反射電極，完成器件的制備。

實施例二

一種基于介質(zhì)/金屬/介質(zhì)電極的鈣鈦礦光電探測器及其制備方法，具體地，器件結(jié)構(gòu)為glass/tio2/ag/tio2/ch3nh3pbi3/spiro-ometad/au。器件的制備依次包括以下步驟：(1)透明襯底清洗：同實施例一(2)制備介質(zhì)/金屬/介質(zhì)電極：a、選擇tio2作為前介質(zhì)層，配置一定質(zhì)量分數(shù)的ticl4乙醇溶液，將此溶液旋轉(zhuǎn)涂覆在玻璃上，轉(zhuǎn)速2000-4500rpm，120℃加熱板上退火60分鐘，完成前介質(zhì)的制備；b、透明襯底裝入真空鍍膜機中，當(dāng)真空度小于5×10^-4后，在tio2前介質(zhì)層上熱蒸鍍5-50nmag作為金屬層；c、在ag金屬層上通過原子層沉積技術(shù)生長一層致密的tio2層作為后介質(zhì)層；(3)制備鈣鈦礦光敏層:使用兩步溶液法在介質(zhì)/金屬/介質(zhì)電極上沉積鈣鈦礦光敏層；選擇二甲基甲酰胺作為溶劑，配置摩爾分數(shù)為1m的pbi2溶液，選擇異丙醇為溶劑配置質(zhì)量分數(shù)50mg/ml的ch3nh3i溶液，在介質(zhì)/金屬/介質(zhì)電極上先旋轉(zhuǎn)涂覆pbi2溶液，轉(zhuǎn)速1500-3000rpm，旋轉(zhuǎn)時間20-40s，100℃加熱板上干燥3分鐘，然后在pbi2上旋轉(zhuǎn)涂覆ch3nh3i溶液，轉(zhuǎn)速2000-3500rpm，旋轉(zhuǎn)時間25-45s，接著放置在95℃加熱板上退火120分鐘完成鈣鈦礦光敏層的制備；(4)制備電荷傳輸層：選擇spiro-ometad作為電荷傳輸層，配置一定質(zhì)量分數(shù)的spiro-ometad的氯苯溶液，充分溶解后，將其旋轉(zhuǎn)涂覆在鈣鈦礦光敏層上，轉(zhuǎn)速1000-3000rpm，旋轉(zhuǎn)時間20-40s；(5)制備反射電極：將上述基底裝入真空鍍膜機中，當(dāng)真空度小于5×10^-4pa后，沉積80nmau反射電極，完成器件的制備。

實施例三

器件結(jié)構(gòu)為glass/woo3/ag/tio2/ch3nh3pbi3/p3ht/au。

實施例四

器件結(jié)構(gòu)為glass/zno/ag/zno/ch3nh3pbi3/cbp/al。

實施例五

器件結(jié)構(gòu)為glass/zno/au/pedot:pss/ch3nh3pbclxi3-x/c60/ag。