一种基于Au掺杂Ag2Te胶体量子点的可见光-近红外宽光谱光电探测器及其制备方法

本发明属于光电探测，更具体的说是涉及一种基于au掺杂ag2te胶体量子点的可见光-近红外宽光谱光电探测器及其制备方法。

背景技术：

1、短波红外（swir，1.0-2.5 μm）光电探测器在光通讯、生物医学成像、工业检测及军事侦察等领域具有重要应用价值。相较于可见光与近红外光，短波红外能够穿透雾霾、烟雾及生物组织等遮挡介质，获取更清晰的图像，从而在材料分析与生物医学诊断方面展现出独特优势。当前，商用短波红外光电探测器主要基于ingaas、hgcdte、inas、insb及第二类超晶格等体半导体材料。然而，高昂的制造成本与低温工作条件限制了其广泛部署与系统集成。短波红外胶体量子点（cqd）因其宽带吸收可调性及成本效益而成为一种有前景的替代方案。目前大多数短波红外cqd探测器采用汞硫族化物或铅硫族化物（s、se、te）以实现红外吸收调控，但重金属毒性问题制约了其商业化进程。因此，面向实际应用，开发工作于短波红外波段的无毒、高灵敏度光电探测器具有迫切需求。

2、在各种材料中，硫系银量子点因其环境友好、带隙可调和量子效率高而引起了人们的广泛关注。特别是，具有体禁带宽度(例如，体=0.67 ev)和高载流子传输特性的碲化银(ag2te)量子点非常适合于构建高效的swir光电探测器，提高载流子收集效率，抑制载流子复合，降低器件暗电流，进而提升整体光电性能。

3、目前，ag2te胶体量子点采用s和zn掺杂工艺取得了诸多进展，但是掺杂控制难度大，偏压条件导致的离子迁移，均会影响器件稳定性。au掺杂技术作为一种高效的能带工程策略，在半导体材料改性中展现出显著潜力。au离子能够有效填充ag2te胶体量子点的ag空位缺陷，可消除悬挂键并减少非辐射复合中心，从而提升材料稳定性。此外，硫掺杂能够引入中间能级或调节导带/价带位置，增强载流子分离效率。然而，现有ag2te胶体量子点的au掺杂工艺存在浓度不可控、易产生晶格缺陷的问题，导致器件性能提升受限。

4、鉴于此，如何提供一种可控au掺杂工艺与复合层结构协同优化的创新方案，提高载流子收集效率，抑制载流子复合，降低器件暗电流，进而提升整体光电性能，成为了本领域技术人员亟需攻克的难题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于au掺杂ag2te胶体量子点的可见光-近红外宽光谱光电探测器及其制备方法，提高器件内部载流子收集效率，进而提升器件光电性能，以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明技术方案之一：提供一种au掺杂ag2te胶体量子点的制备方法，步骤包括：

4、将金前驱体溶于氯仿-油胺混合溶液，配制得到金前驱体溶液；

5、将ag2te胶体量子点分散于氯仿中，再加入所述金前驱体溶液，避光反应，得到所述au掺杂ag2te胶体量子点。

6、进一步的，所述金前驱体包括氯金酸水合物（haucl4·xh2o）、三氯化金（aucl3）和氯化亚金（aucl）中的至少一种。

7、进一步的，所述氯仿-油胺混合溶液中氯仿与油胺的体积比为5:1。

8、进一步的，所述金前驱体和氯仿-油胺混合溶液的用量比为1mmol:10ml。

9、进一步的，所述ag2te胶体量子点与氯仿的用量比为0.01mmol:20ml。

10、进一步的，所述ag2te胶体量子点与金前驱体溶液的用量比为0.01mmol:0.1ml。

11、进一步的，所述避光反应的时间为12h。

12、进一步的，所述避光反应后还包括提纯处理。

13、可选的，所述提纯处理包括：避光反应后采用丙酮作为沉淀剂，结合离心处理对反应产物进行提纯。

14、进一步的，所述ag2te胶体量子点的制备步骤包括：

15、s1、制备银前驱体：取3.0 mmol醋酸银加入60 ml油胺，真空环境、110℃恒温保温反应2 h，制得银前驱体；

16、s2、制备碲前驱体：取1.25 mmol二氧化碲溶于9 ml十二硫醇中，氮气保护、100℃加热搅拌至完全溶解，得到teo2-ddt碲前驱体；

17、s3、合成ag2te胶体量子点粗液：在氮气保护下，将所述teo2-ddt碲前驱体注入所述银前驱体中，混合反应5-8min，反应后冷却，得到ag2te胶体量子点粗液；

18、s4、提纯ag2te胶体量子点：将所述ag2te胶体量子点粗液与甲醇按等体积比混合，离心（6000 rpm）收集粗量子点固体，将所得粗量子点固体溶于30 ml甲苯，离心（6000 rpm）除杂取上清液；在所述上清液中加入10 ml甲醇，离心（6000 rpm）除杂保留中间上清液；向所述中间上清液中加入20 ml甲醇，离心收集得到高纯的ag2te胶体量子点，分散于甲苯中备用。

19、本发明技术方案之二：提供一种au掺杂ag2te胶体量子点，所述au掺杂ag2te胶体量子点通过上述制备方法制得。

20、本发明技术方案之三：提供一种上述au掺杂ag2te胶体量子点在制备可见光-近红外宽光谱光电探测器中的应用。

21、本发明技术方案之四：提供一种可见光-近红外宽光谱光电探测器，所述可见光-近红外宽光谱光电探测器从下至上依次为ito导电玻璃电极、sno2电子传输层、量子点功能膜层、moo3空穴传输层和au电极；

22、所述量子点功能膜层以上述au掺杂ag2te胶体量子点（au:ag2te）为光敏材料。

23、本发明提供的可见光-近红外宽光谱光电探测器是一种无毒au掺杂ag2te胶体量子点光伏型宽光谱红外探测器，器件采用ito/sno2/au:ag2te/moo3/au垂直层叠结构，通过溶液旋涂结合真空蒸镀等工艺制备。外量子效率测试表明，器件可实现400-2000 nm可见光-近红外连续光电响应；在0.12 v反向偏压下，光谱曲线于450 nm可见光波段、1490 nm短波红外波段呈现双响应峰值，其中，1490 nm处外量子效率达17.3%，仅1200 nm附近存在响应谷值，2000 nm处光响应基本截止。该体系无铅、汞等剧毒组分，低偏压下兼具优异可见光与短波红外探测性能，可应用于多光谱成像、近红外无损检测等场景。

24、本发明技术方案之五：提供一种上述可见光-近红外宽光谱光电探测器的制备方法，步骤包括：

25、在ito导电玻璃电极表面旋涂sno2溶液，烘干后退火，形成sno2电子传输层；

26、在所述sno2电子传输层表面旋涂au掺杂ag2te胶体量子点分散液，旋涂完毕后再在表面滴加乙二硫醇-乙腈配体溶液进行配体交换处理，随后烘干、清洗，重复旋涂、配体交换处理、烘干、清洗，至得到厚度为100-500 nm的量子点功能膜层；

27、采用真空蒸发镀膜工艺，在所述量子点功能膜层表面沉积制备moo3空穴传输层；

28、采用磁控溅射工艺，在所述moo3空穴传输层表面制备au电极，得到所述可见光-近红外宽光谱光电探测器（光伏型红外探测器）。

29、进一步的，所述sno2溶液由sno2水性胶体分散液经去离子水稀释得到，其中，sno2水性胶体分散液中sno2的质量分数为15%，sno2水性胶体分散液与去离子水的质量比为1:3~1:6。

30、可选的，所述sno2溶液中sno2的质量分数为2~4%。

31、进一步的，所述sno2溶液在ito导电玻璃电极表面的旋涂用量为10~30 μl/cm2。

32、进一步的，所述sno2溶液的旋涂转速为2000~3000 rpm，旋涂时间为20~40 s。

33、进一步的，所述烘干的温度为120~180℃，时间为5~30 min。

34、进一步的，所述旋涂au掺杂ag2te胶体量子点的转速为1500rpm，时间为30s。

35、进一步的，所述au掺杂ag2te胶体量子点分散液通过将au掺杂ag2te胶体量子点分散于成膜溶剂（甲苯）中制备得到，固含量为15~25 mg/ml。

36、进一步的，在所述sno2电子传输层表面旋涂au掺杂ag2te胶体量子点分散液的旋涂用量为5-20 μl/cm2。

37、进一步的，所述配体交换处理中所述乙二硫醇-乙腈配体溶液的浓度为5mm。

38、进一步的，所述配体交换处理的时间为30s。

39、进一步的，所述清洗为浸入乙腈溶液中清洗至少一次。

40、进一步的，所述真空蒸发镀膜工艺的参数为：镀膜真空度2.0-3.5×10-4pa，原料（moo3）预加热温度550-650℃，预加热时间20-40min，蒸发温度600-650℃，蒸发时长1-6min。

41、进一步的，所述磁控溅射工艺的参数为：真空度2.0-6.0 pa，溅射功率调控为80-120 w，溅射时长20-55 s，氩气与氧气体积流量比69~99:1。

42、进一步的，所述ito导电玻璃电极在体积比1:1:2的氨水、双氧水、去离子水的混合清洗液中，于75~85℃浸泡30min，去离子水冲洗后氮气吹干。

43、本发明公开了以下技术效果：

44、本发明采用溶液后掺杂方式，将ag2te胶体量子点分散于氯仿中，再加入由金前驱体、氯仿和油胺形成的金前驱体溶液进行避光反应。油胺能够与金前驱体发生配位作用，调节金前驱体的反应活性，使au掺杂过程更加温和、均匀，从而有利于提高au掺杂量的可调控性，减少因金前驱体快速反应或局部富集而产生的晶格缺陷及表面缺陷。该制备方法操作简便、反应条件温和，通过调节金前驱体的加入量、金前驱体溶液的浓度和反应时间，即可对ag2te胶体量子点中的au掺杂程度进行调控，具有较好的工艺重复性和可控性。

45、au的引入能够对ag2te胶体量子点的电子结构和载流子特性进行调节，在保持ag2te胶体量子点原有晶体结构和红外响应特性的基础上，有利于降低量子点薄膜中的缺陷态密度和非辐射复合损失，促进光生载流子的分离与传输，提高量子点功能膜层的光电转换性能。与未掺杂的ag2te胶体量子点相比，本发明制备的au掺杂ag2te胶体量子点用于红外探测器时，能够获得更高的光响应和外量子效率。

46、本发明基于au掺杂ag2te胶体量子点制备的可见光-近红外宽光谱光电探测器，采用光伏型结构，通过sno2电子传输层和moo3空穴传输层与量子点功能膜层复合，拓宽了p-n异质结的势垒区宽度，增加了光电转换的有效工作面积，提高了探测器的灵敏度，用au掺杂ag2te胶体量子点制作的光伏型红外探测器在0.12v的偏压下，在1490 nm处的量子效率为17.3%，优于未掺杂的ag2te量子点制作的器件。