基于染料钙钛矿的柔性短波红外探测器的制作方法

1.本发明属于半导体光电器件技术领域，涉及一种短波红外探测器，具体为一种基于染料钙钛矿的柔性短波红外探测器。


背景技术：

2.短波红外波段是指波长为0.76μm～3.0μm的光谱辐射波段。短波红外探测主要针对人类生活环境中大量存在的、具有各种不同温度的自然物体或人造物体在短波红外波段的主动辐射和被动反射进行探测。由于在物体的短波红外波段光谱辐射中，包含了在紫外、可见光、中长波红外等其它波段范围内没有的一些特种光谱辐射信息。这些信息能够更加真实地反映物体的客观属性，或者更丰富地表征物体的实际状态，因此，短波红外探测在光谱分析、成像观测、气象分析、智能传感、安防监控等军民用技术领域中具有重要应用价值。
3.一般采用硅/锗基、铟镓砷基、碲镉汞基等半导体光电材料制备短波红外探测器。目前，基于典型的pin和apd等半导体光电器件结构研制的短波红外探测器已经得到广泛应用。但是传统的无机体材料短波红外探测器存在制备流程复杂、工艺设备昂贵、材料成本偏高、难以实现柔性器件研制等不足。相比而言，有机小分子、有机聚合物、钙钛矿、胶体量子点等新型光电材料随着发光与显示技术发展而得到广泛研究，并显示出制备简便、成本较低、可柔性制备等特点，非常适合研制柔性光电探测器件。但传统的有机聚合物等光电材料的光谱响应波段一般只能覆盖可见波段，能够覆盖短波红外波段的非常少，因此需要通过进行染料掺杂等手段，实现短波红外波段的高效光谱响应。


技术实现要素：

4.(一)发明目的
5.本发明的目的是：提供一种基于染料钙钛矿的柔性短波红外探测器，采用高短波红外吸收染料钙钛矿，解决现有有机聚合物等光电材料对短波红外波段响应较差的问题；采用电子传输材料混合共掺杂技术，解决有效提升载流子传输效率的问题。
6.(二)技术方案
7.为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于染料钙钛矿的柔性短波红外探测器，该器件基于柔性透明衬底1制备，柔性透明衬底1上依次形成复合阳极、电子阻挡层、光吸收活性层、电子传输层、空穴阻挡层、阴极修饰层、金属阴极。
8.复合阳极采用ito透明导电阳极2和pedot:pss透明导电薄膜3复合形成；电子阻挡层采用ps-tpd-pfcb电子阻挡层4；光吸收活性层采用基于cy18f4等短波红外吸收染料与钙钛矿材料制备dye-perovskite光吸收活性层5；电子传输层采用混合共掺杂制备p3ht：pcbm电子传输层6；空穴阻挡层采用c60空穴阻挡层7；阴极修饰层采用lif阴极修饰层8，金属阴极采用al金属阴极9。
9.(三)有益效果
10.上述技术方案所提供基于染料钙钛矿的柔性短波红外探测器，充分利用有机小分
perosktite光吸收活性层5，厚度为100nm，该染料钙钛矿材料是将cy18f4短波红外吸收染料与钙钛矿材料(fa
0.83
cs
0.17
pb(i
0.9
br
0.1
)3)按比例混合通过溶液法制备而成。
26.第五步，采用旋涂工艺，在dye-perosktite光吸收活性层5表面制备p3ht：pcbm电子传输层6，厚度为30nm；
27.第六步，采用旋涂工艺，在p3ht：pcbm电子传输层6表面制备c
60
空穴阻挡层7，厚度为20nm；
28.第七步，采用真空热蒸发工艺，在c
60
空穴阻挡层7表面制备lif阴极修饰层8，厚度为5nm；
29.第八步，采用真空热蒸发工艺，在lif阴极修饰层8表面制备图形化的al金属阴极9，厚度为100nm。
30.经测试评价，按照本发明所述一种基于染料钙钛矿的柔性短波红外探测器的设计与制备方法制备的原理器件，能够对短波红外光实现高响应度探测。
31.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种基于染料钙钛矿的柔性短波红外探测器，其特征在于，包括柔性透明衬底(1)，柔性透明衬底(1)上依次形成复合阳极、电子阻挡层、光吸收活性层、电子传输层、空穴阻挡层、阴极修饰层、金属阴极。2.如权利要求1所述的基于染料钙钛矿的柔性短波红外探测器，其特征在于，所述复合阳极采用ito透明导电阳极(2)和pedot:pss透明导电薄膜(3)复合形成。3.如权利要求2所述的基于染料钙钛矿的柔性短波红外探测器，其特征在于，所述电子阻挡层采用ps-tpd-pfcb电子阻挡层(4)。4.如权利要求3所述的基于染料钙钛矿的柔性短波红外探测器，其特征在于，所述光吸收活性层采用基于cy18f4等短波红外吸收染料与钙钛矿材料制备dye-perovskite光吸收活性层(5)。5.如权利要求4所述的基于染料钙钛矿的柔性短波红外探测器，其特征在于，所述电子传输层采用混合共掺杂制备p3ht：pcbm电子传输层(6)。6.如权利要求5所述的基于染料钙钛矿的柔性短波红外探测器，其特征在于，所述空穴阻挡层采用c60空穴阻挡层(7)。7.如权利要求6所述的基于染料钙钛矿的柔性短波红外探测器，其特征在于，所述阴极修饰层采用lif阴极修饰层(8)。8.如权利要求7所述的基于染料钙钛矿的柔性短波红外探测器，其特征在于，所述金属阴极采用al金属阴极(9)。9.如权利要求8所述的基于染料钙钛矿的柔性短波红外探测器，其特征在于，所述柔性透明衬底(1)采用pen材料。10.一种权利要求9所述基于染料钙钛矿的柔性短波红外探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，基于pen材料的柔性透明衬底(1)，采用磁控溅射工艺，沉积ito透明导电阳极(2)，厚度为100nm；采用光刻、刻蚀图形化工艺，形成设定电极图形；第二步，采用旋涂工艺，利用前驱体材料在ito透明导电阳极(2)表面制备pedot:pss透明导电薄膜(3)，厚度为20nm；第三步，采用旋涂工艺，在pedot:pss透明导电薄膜(3)表面制备ps-tpd-pfcb电子阻挡层(4)，厚度为30nm，并氮气氛围中200℃退火5分钟；第四步，采用间歇式旋涂法工艺，在ps-tpd-pfcb电子阻挡层(4)表面制备dye-perosktite光吸收活性层(5)，厚度为100nm，该染料钙钛矿材料是将cy18f4短波红外吸收染料与钙钛矿材料fa
0.83
cs
0.17
pb(i
0.9
br
0.1
)3混合通过溶液法制备而成；第五步，采用旋涂工艺，在dye-perosktite光吸收活性层(5)表面制备p3ht：pcbm电子传输层(6)，厚度为30nm；第六步，采用旋涂工艺，在p3ht：pcbm电子传输层(6)表面制备c
60
空穴阻挡层(7)，厚度为20nm；第七步，采用真空热蒸发工艺，在c
60
空穴阻挡层(7)表面制备lif阴极修饰层(8)，厚度为5nm；第八步，采用真空热蒸发工艺，在lif阴极修饰层(8)表面制备图形化的al金属阴极(9)，厚度为100nm。

技术总结
本发明公开了一种基于染料钙钛矿的柔性短波红外探测器，基于柔性透明衬底制备；具有透明导电阳极、电子阻挡层、光吸收活性层、电子传输层、空穴阻挡层、阴极修饰层、金属阴极的器件结构；采用ITO和PEDOT:PSS复合透明导电薄膜阳极；采用PS-TPD-PFCB等材料作为电子阻挡层；采用基于Cy18F4等短波红外吸收染料与钙钛矿材料制备光吸收活性层；采用P3HT：PCBM等材料混合共掺杂作为电子传输层；采用C


技术研发人员：代千 程碑彤 邓杰 杨瑞雨 罗国凌 陈剑 黄海华 庞树帅 黄帅 蒋若梅 谭扬 宋海智
受保护的技术使用者：西南技术物理研究所
技术研发日：2021.12.22
技术公布日：2022/7/12