基于载流子选择透过膜的双功能光电探测器及制备方法

1.本发明涉及光电探测技术领域，尤其涉及一种基于载流子选择透过膜的双功能光电探测器及其制备方法。


背景技术：

2.光电探测器是一种基于光电效应实现光信号到电信号转换的光伏器件，广泛应用于图像传感、光通讯、生物成像、环境监测、国防等领域。光电探测器根据其探测范围不同可分为窄带探测器和宽带探测器，其中窄带探测器(响应半峰宽小于100nm)指具备窄光谱范围光信号特异性探测能力的探测器，而宽带探测器可实现宽光谱范围的光信号探测。文献报道或应用的光电探测器大多是单功能的，即单个器件结构只能实现窄带或宽带的信号响应，而相比于单功能探测器，双功能的光电探测器在制备工艺、成本控制、多元化应用等多方面颇具潜力。


技术实现要素：

3.本发明的实施例提供了一种基于载流子选择透过膜的双功能光电探测器及其制备方法，用于解决现有技术中存在的问题。
4.为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
5.基于载流子选择透过膜的双功能光电探测器，包括自下而上依次布置的透明基底、透明阳极、透明空穴传输层、钙钛矿层、载流子选择透过层、有机响应层、电子传输层、阴极修饰层和透明阴极；
6.当光信号从透明阳极入射时，钙钛矿层能够吸收自身吸收光谱范围内的短波长的光信号，有机响应层能够互补吸收穿过钙钛矿层的长波长的光信号，载流子选择透过层阻碍钙钛矿层的光生电子的传输，表达有机响应层产生的光生空穴的光信号，使双功能光电探测器输出长波长光谱范围内的窄带光响应；
7.当光信号从透明阴极入射时，有机响应层能够首先吸收自身吸收光谱范围内的光信号，产生的光生空穴能够顺利通过载流子选择透过层进行表达，使双功能光电探测器输出覆盖有机响应层自身吸收光谱范围的宽带光响应。
8.优选地，载流子选择透过层采用如下材料中的任意一种：聚[(9,9-二(3
′‑
(n,n-二甲氨基)丙基)芴基-2,7-二基)
–
alt-[(9,9-二正辛基芴基-2,7-二基)和聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺。
[0009]
优选地，钙钛矿层的钙钛矿材料为abx3结构，其中a为阳离子位，b为金属阳离子位，x为卤素阴离子位；阳离子位为rb
+
、cs
+
、ma
+
和fa
+
中的任意一种或多种；金属阳离子位为sn
2+
和/或pb
2+
；卤素阴离子位为cl-、br-和i-中一种或多种。
[0010]
优选地，钙钛矿层厚度为200-600纳米。
[0011]
优选地，有机响应层为电子给体材料和电子受体材料的共混薄膜；其中，电子给体材料为ptb7、ptb7-th和pm6中的一种；电子受体为非富勒烯受体，包括it-4f、y6及其衍生
物。
[0012]
优选地，有机响应层为体异质结结构，厚度为100-300纳米。
[0013]
优选地，透明阴极的材料为铝、银和金的任意一种。
[0014]
优选地，透明基底为硬质基底或柔性基底；硬质基底为玻璃、二氧化硅和石英的任意一种；柔性基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯和聚酰亚胺的任意一种；
[0015]
透明阳极的材料为氧化铟锡；透明阳极修饰层的材料为pedot:pss或ptaa。
[0016]
优选地，电子传输层为富勒烯c60或富勒烯衍生物，其中富勒烯衍生物为[6,6]-苯基c61-丁酸甲酯或[6,6]-苯基c71-丁酸甲酯；
[0017]
阴极修饰层为2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-菲罗啉。
[0018]
第二方面，本发明提供基于载流子选择透过膜的双功能光电探测器的制备方法，应用在上述的双功能光电探测器，包括：
[0019]
s1在透明基底上制备透明阳极；
[0020]
s2在透明阳极上旋涂制备透明空穴传输层；
[0021]
s3在透明空穴传输层上旋涂制备钙钛矿层；
[0022]
s4在钙钛矿层上旋涂制备载流子选择透过层；
[0023]
s5在载流子选择透过层上旋涂制备有机响应层；
[0024]
s6在有机响应层上蒸镀制备电子传输层；
[0025]
s7在电子传输层上蒸镀制备阴极修饰层；
[0026]
s8在阴极修饰层上制备透明阴极。
[0027]
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明提供的一种基于载流子选择透过膜的双功能光电探测器及制备方法，包括自下而上依次布置的透明基底、透明阳极、透明空穴传输层、钙钛矿层、载流子选择透过层、有机响应层、电子传输层、阴极修饰层和透明阴极。当光信号从透明阳极入射时，钙钛矿层能够吸收其吸收光谱范围内的光信号，有机响应层能够互补吸收钙钛矿吸收光谱范围外的长波长波段的光信号。在载流子选择透过层的作用下，钙钛矿层的光生电子传输受到阻碍，光响应无法表达；有机响应层的光生空穴传输不受影响，光响应正常表达，最终光电探测器输出长波长的窄带光谱响应。当光束从透明阴极入射时，有机响应层能够吸收其吸收光谱范围内的光信号，因其光响应正常表达，光电探测器输出宽带光谱响应。本发明提供的光电探测器：通过引入载流子选择透过膜，主动对载流子进行行为调控，可以有效降低钙钛矿层的厚度，降低器件成本；在无外加偏压条件下，在单个器件中分别实现近红外窄带和紫外-可见-近红外宽带的光信号探测，并且具有较高的外量子效率和响应度，同时具有较高的弱光探测能力；基于该发明对钙钛矿和有机材料进行合理拓展，可以对窄带和宽带探测范围进行调控，极大提高了探测器在具体实际应用中的适用性；免去了单独的电压的调制，减小了活性层的厚度，能够实现自驱动，在降低器件成本的同时还能够保证探测器稳定性和可靠性；本光电探测器具有更薄活性层厚度，在国防、工业等相关领域具有广阔的应用前景。
[0028]
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0029]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]
图1为本发明提供的基于载流子选择透过膜的双功能光电探测器的结构示意图；
[0031]
图2为本发明提供的基于载流子选择透过膜的双功能光电探测器的制备方法的流程图；
[0032]
图3为本发明提供的基于载流子选择透过膜的双功能光电探测器的无外置偏压条件下的外量子效率图；
[0033]
图4为本发明提供的基于载流子选择透过膜的双功能光电探测器的光电流曲线图；
[0034]
图5为本发明提供的基于载流子选择透过膜的双功能光电探测器的暗电流曲线图；
[0035]
图6为本发明提供的基于载流子选择透过膜的双功能光电探测器的阳极侧入射条件下窄带响应图；
[0036]
图7为本发明提供的基于载流子选择透过膜的双功能光电探测器的阴极侧入射条件下宽带响应图；
[0037]
图8为本发明提供的基于载流子选择透过膜的双功能光电探测器的钙钛矿层和有机响应层的吸收光谱图。
[0038]
图中：
[0039]
1.透明基底 2.透明阳极 3.透明空穴传输层 4.钙钛矿层 5.载流子选择透过层 6.有机响应层 7.电子传输层 8.阴极修饰层 9.透明阴极。
具体实施方式
[0040]
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0041]
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
[0042]
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0043]
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
[0044]
本发明提供一种基于载流子选择透过膜的能够自驱动的双功能光电探测器，用于解决现有技术中存在如下技术问题：
[0045]
在现有技术中可以实现双功能探测的策略有两类：一种是基于电荷收集窄化效应通过较厚活性层(微米级)结构下对载流子在电极处收集进行调控实现的；另外一种是在较高电压下通过陷阱限域效应实现电荷注入实现的。为了实现双功能探测，现存策略依赖于较厚的活性层或电压的调制，这使得基于现存策略的器件在成本控制、器件稳定性、可靠性上面临巨大挑战。
[0046]
参见图1，本发明提供一种基于载流子选择透过膜的双功能光电探测器，包括自下而上依次布置的透明基底1、透明阳极2、透明空穴传输层3、钙钛矿层4、载流子选择透过层5、有机响应层6、电子传输层7、阴极修饰层8和透明阴极9。
[0047]
本发明提供的双功能光电探测器，通过巧妙的器件结构和原理设计，使用载流子选择透过膜来对钙钛矿层4和有机响应层6的光生载流子进行主动的行为调控，具体体现在可以使有机响应层6的光生空穴通过，而阻碍钙钛矿层4的电子通过。当光信号从透明阳极2侧入射时，钙钛矿层4可以吸收其宽带光谱范围内的光信号，产生的光生电子在载流子选择透过膜的主动阻碍作用下，其光响应信号被屏蔽；而长波长的近红外光因不会被钙钛矿层4吸收，会进而穿过钙钛矿层4被有机响应层6补充吸收，产生的光生空穴可以透过载流子选择透过膜传输，其光响应信号得以顺利表达。因此，当光信号从阳极入射时探测器具有窄带光谱探测的能力。当光信号从阴极入射时，有机层会吸收其吸收光谱范围内的光信号，且因其光响应表达不受载流子选择透过层5的影响。因此，最终光电探测器输出覆盖有机响应层6自身吸收光谱的宽带光响应，即探测器具有宽带光谱探测的能力。
[0048]
在本发明提供的优选实施例中，载流子选择透过层5采用如下材料中的任意一种：聚[(9,9-二(3
′‑
(n,n-二甲氨基)丙基)芴基-2,7-二基)
–
alt-[(9,9-二正辛基芴基-2,7-二基)(pfn)和聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺(ptaa)。
[0049]
钙钛矿层4的钙钛矿材料为abx3结构，其中a为阳离子位，b为金属阳离子位，x为卤素阴离子位；阳离子位为rb
+
、cs
+
、ma
+
和fa
+
中的任意一种或多种；金属阳离子位为sn
2+
和/或pb
2+
；卤素阴离子位为cl-、br-和i-中一种或多种。钙钛矿层4厚度为200-600纳米，材料优选为甲胺铅碘(mapbi3)，厚度优选为500纳米。
[0050]
有机响应层6为电子给体材料和电子受体材料的共混薄膜；其中，电子给体材料包括为聚[4,8-双(5-(2-乙基己基)噻吩-2-苯并[1,2-b：4,5-b']二噻吩-无规-3-氟-噻吩并[3,4-b]噻吩-2-羧酸酯](ptb7-th)或聚[(2,6-(4,8-双(5-(2-乙基己基-3-氟)噻吩-2-基)-苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩])-alt-(chemicalbook5,5-(1',3'-二-2-噻吩-5',7'-双(2-乙基己基)苯并[1',2'-c:4',5'-c']二噻吩-4,8-二酮(pm6)；优选为pm6；电子受体为非富勒烯受体，包括12,13-二(2-乙基己基)-3,9-双十一基-12,13-二氢-[1,2,5]噻二唑并[3,4-e]噻吩并[2”,3”:4',5']噻吩并[2',3':4,5]吡咯并[3,2-g]噻吩并[2',3':4,5]噻吩并[3,2-b]吲哚-2,10-二(5,6-二氟-3-(二氰基亚甲基)茚-1-酮(y6)和3,9-二(2-亚甲基-((3-(1,1-二氰甲烯基)-6,7-二氟)-茚酮))-5,5,11,11chemicalbook-四(4-己基苯基)-二噻吩并[2,3-d:2,3-d]-s-引达省[1,2-b:5,6-b]二噻吩(it-4f)；优选为y6。
[0051]
透明阴极9材料为铝、银或金，厚度为5-30纳米，优选为15纳米。
[0052]
透明基底1为硬质基底或柔性基底，硬质基底为玻璃、二氧化硅或石英，柔性基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺；透明阳极2材料为氧化铟锡；透明阳极2修饰层为pedot:pss、ptaa中的一种。
[0053]
电子传输层7为富勒烯c
60
或富勒烯衍生物，其中富勒烯衍生物为[6,6]-苯基c61-丁酸甲酯或[6,6]-苯基c71-丁酸甲酯；阴极修饰层8为2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-菲罗啉(bcp)。
[0054]
第二方面，本发明提供上述双功能光电探测器的制备方法，如图2所示，其包括如下步骤：
[0055]
s1在透明基底1上制备透明阳极2；
[0056]
s2在透明阳极2上旋涂制备透明空穴传输层3；
[0057]
s3在透明空穴传输层3上旋涂制备钙钛矿层4；
[0058]
s4在钙钛矿层4上旋涂制备载流子选择透过层5；
[0059]
s5在载流子选择透过层5上旋涂制备有机响应层6；
[0060]
s6在有机响应层6上蒸镀制备电子传输层7；
[0061]
s7在电子传输层7上蒸镀制备阴极修饰层8；
[0062]
s8在阴极修饰层8上制备透明阴极9。
[0063]
本发明还提供几个实施例，用于示例性地显示优选地光电探测器及其制备方法。
[0064]
实施例1
[0065]
如图1所示，该光电探测器包括：透明基底1、透明阳极2、透明空穴传输层3、钙钛矿层4、载流子选择透过层5、有机响应层6、电子传输层7、阴极修饰层8、透明阴极9。
[0066]
其中透明基底1为硬质基底或柔性基底，硬质基底为玻璃、二氧化硅或石英，柔性基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)或聚酰亚胺(pi)；透明阳极2为氧化铟锡；
[0067]
透明空穴传输层3为pedot:pss或ptaa；
[0068]
钙钛矿层4为abx3结构的钙钛矿材料，其中a为阳离子位，为铷离子、铯离子、甲胺离子和甲脒离子中一种或多种，b为金属阳离子位，为锡离子和/或铅离子，x为卤素阴离子位，为氯离子、溴离子和碘离子中一种或多种；钙钛矿层膜层厚度为200-600nm。
[0069]
载流子选择透过层5为聚合物材料pfn或ptaa；
[0070]
有机体响应层6为电子给体材料和非富勒烯受体材料组成的共混薄膜，为体异质结结构；其中，电子给体材料为ptb7、ptb7-th和pm6中的任意一种；电子受体为非富勒烯受体，包括it-4f、y6及其衍生物；有机响应层厚度为100-300纳米，优选为150纳米。
[0071]
电子传输层7为富勒烯c60，膜层厚度为10-30nm，优选为20nm；
[0072]
阴极修饰层8为bcp，膜层厚度为7-15nm，优选为10nm；
[0073]
半透明阴极9为金、银、铜等金属材料构成的半透明金属电极，优选为ag电极，厚度为10-20nm，优选为15nm。
[0074]
实施例2
[0075]
本实施例提供了一种基于载流子选择透过膜的自驱动双功能光电探测器的制备方法，如图2，上述双功能光电探测器的制备方法包括以下步骤：
[0076]
透明基底1为玻璃；透明阳极2为ito；透明空穴传输层3为pedot：pss；钙钛矿层4为mapbi3；载流子选择透过层5为pfn；有机响应层6为质量比为1：1.2的pm6与y6的共混薄膜；电子传输层8为c
60
；阴极修饰层8为bcp；半透明阴极为超薄银电极，厚度为15纳米。
[0077]
步骤1：在玻璃基底上制备透明阳极ito，然后分别浸泡于去离子水、无水乙醇中，用超声波清洗仪清洗；洗净后用氮气吹干，将干燥衬底用等离子清洗仪处理1分钟，以调高衬底表面的清洁度与ito表面功函。
[0078]
步骤2：在步骤1处理完的ito上旋涂pedot：pss，旋涂速率为5000转/分，旋涂时间20秒，然后放置于150摄氏度的加热台上退火10分钟，以去除pedot：pss薄膜中的水分。
[0079]
步骤3：在步骤2完成的pedot：pss薄膜上旋涂钙钛矿层，配制浓度为2.2mol/l的mapbi3钙钛矿前驱体溶液，按照7000转/分的旋涂速率旋涂25秒，在第5秒时滴加400微升的氯苯，之后在100摄氏度的加热平台上退火5分钟，得到厚度为500纳米的钙钛矿薄膜。
[0080]
步骤4：在钙钛矿薄膜上旋涂载流子选择透过层，配置0.5mg/ml的pfn溶液，按照3000转/分的旋涂速率旋涂30秒，之后90摄氏度退火5分钟。
[0081]
步骤5：在载流子选择透过层之上旋涂有机响应层；将pm6和y6按照1：1.2的质量比配置成浓度为16mg/ml的混合溶液，以3000转/分的转速旋涂40秒，之后80摄氏度退火10分钟，得到厚度为150nm的有机体异质结薄膜。
[0082]
步骤6：将步骤5旋涂完成的基片转移到真空腔中，真空腔气压低于1
×
10-4
帕，将c
60
加热使其蒸发，蒸发速率为0.1-0.3纳米/秒，得到厚度为20纳米的c
60
电子传输层。
[0083]
步骤7：在步骤6的基础上，继续蒸镀得到阴极修饰层；将bcp加热使其蒸发，以0.1-0.3纳米/秒的蒸发速率蒸镀厚度为10纳米的bcp薄膜。
[0084]
步骤8：在步骤7的基础上，加热银锭，蒸发速率为0.1-0.3纳米/秒，蒸镀得到厚度为15纳米的半透明金属电极。
[0085]
通过上述步骤，可以制备得到基于载流子选择透过膜的双功能探测器，该光电探测器在无外加偏置条件下的外量子效率光谱曲线如图3所示；光电流和暗电流分别如图4、5所示；图6、图7分别为阳极入射和阴极入射时的响应图，从阳极入射时可以实现近红外窄带的光谱响应，从阴极入射时可以实现宽带的光谱响应。图8为本实施例中使用的钙钛矿材料和有机响应层材料的吸收光谱，其中钙钛矿mapbi3具有覆盖300-800纳米的吸收范围，有机pm6：y6共混薄膜具有覆盖300-950纳米的吸收范围。
[0086]
通过本实施例制备的双功能探测器，在无外置偏压下暗电流密度达到6.37
×
10-6
毫安/平方厘米，从底入射时，可以在近红外800纳米处得到半高全宽为130纳米，外量子效率为49.1％的窄带响应；从顶入射时，可以得到覆盖紫外-可见-近红外范围300-950纳米的宽带响应。
[0087]
实施例3
[0088]
在实施例2的基础上，本实施例与实施例2的不同之处在于，将载流子选择透过层替换为ptaa。
[0089]
将ptaa溶于氯苯配制成浓度为8mg/ml的溶液。按照实施例2步骤4，在钙钛矿薄膜上旋涂载流子选择透过层，按照3000转/分的旋涂速率旋涂30秒，之后90摄氏度退火5分钟。
[0090]
通过本实施例制备的双功能探测器，在无外置偏压下暗电流密度达到7.03
×
10-6
毫安/平方厘米，从阳极侧入射时，可以在近红外800纳米处得到窄带响应；从阴极侧入射
时，可以得到覆盖紫外-可见-近红外范围300-950纳米的宽带响应。
[0091]
综上所述，本发明提供的一种基于载流子选择透过膜的双功能光电探测器及制备方法，包括自下而上依次布置的透明基底、透明阳极、透明空穴传输层、钙钛矿层、载流子选择透过层、有机响应层、电子传输层、阴极修饰层和透明阴极。载流子选择透过层可使有机响应层产生的空穴自由通过，而阻碍钙钛矿层的光生电子通过；在载流子选择透过膜的作用下，对前、后活性层的载流子进行主动的行为调控，最终使得信号光从阳极入射时可实现窄带信号探测，信号光从阴极入射时可实现宽带信号探测。本发明提供的光电探测器：
[0092]
通过引入载流子选择透过膜，主动对载流子进行行为调控，可以有效降低钙钛矿层的厚度，降低器件成本；
[0093]
在无外加偏压条件下，在单个器件中分别实现近红外窄带和紫外-可见-近红外宽带的光信号探测，并且具有较高的外量子效率和响应度，同时具有较高的弱光探测能力；
[0094]
免去了单独的电压的调制，减小了活性层的厚度，能够实现自驱动，在降低器件成本的同时还能够保证探测器稳定性和可靠性；
[0095]
基于该发明对钙钛矿和有机材料进行合理拓展，可以对窄带和宽带探测范围进行调控，极大提高了探测器在具体实际应用中的适用性。
[0096]
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
[0097]
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0098]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0099]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.基于载流子选择透过膜的双功能光电探测器，其特征在于，包括自下而上依次布置的透明基底、透明阳极、透明空穴传输层、钙钛矿层、载流子选择透过层、有机响应层、电子传输层、阴极修饰层和透明阴极；当光信号从所述透明阳极入射时，所述钙钛矿层能够吸收自身吸收光谱范围内的短波长的光信号，所述有机响应层能够互补吸收穿过所述钙钛矿层的长波长的光信号，所述载流子选择透过层阻碍所述钙钛矿层的光生电子的传输，表达所述有机响应层产生的光生空穴的光信号，使所述双功能光电探测器输出长波长光谱范围内的窄带光响应；当光信号从所述透明阴极入射时，所述有机响应层能够首先吸收自身吸收光谱范围内的光信号，产生的光生空穴能够顺利通过所述载流子选择透过层进行表达，使所述双功能光电探测器输出覆盖有所述机响应层自身吸收光谱范围的宽带光响应。2.根据权利要求1所述的双功能光电探测器，其特征在于，所述载流子选择透过层采用如下材料中的任意一种：聚[(9,9-二(3
′‑
(n,n-二甲氨基)丙基)芴基-2,7-二基)
–
alt-[(9,9-二正辛基芴基-2,7-二基)和聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺。3.根据权利要求1所述的双功能光电探测器，其特征在于，所述钙钛矿层的钙钛矿材料为abx3结构，其中a为阳离子位，b为金属阳离子位，x为卤素阴离子位；阳离子位为rb
+
、cs
+
、ma
+
和fa
+
中的任意一种或多种；所述金属阳离子位为sn
2+
和/或pb
2+
；所述卤素阴离子位为cl-、br-和i-中一种或多种。4.根据权利要求3所述的双功能光电探测器，其特征在于，所述钙钛矿层厚度为200-600纳米。5.根据权利要求1所述的双功能光电探测器，其特征在于，所述有机响应层为电子给体材料和电子受体材料的共混薄膜；其中，所述电子给体材料为ptb7、ptb7-th和pm6中的一种；所述电子受体为非富勒烯受体，包括it-4f、y6及其衍生物。6.根据权利要求5所述的双功能光电探测器，其特征在于，所述有机响应层为体异质结结构，厚度为100-300纳米。7.根据权利要求1所述的双功能光电探测器，其特征在于，所述透明阴极的材料为铝、银和金的任意一种。8.根据权利要求1所述的双功能光电探测器，其特征在于，所述透明基底为硬质基底或柔性基底；所述硬质基底为玻璃、二氧化硅和石英的任意一种；所述柔性基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯和聚酰亚胺的任意一种；所述透明阳极的材料为氧化铟锡；所述透明阳极修饰层的材料为pedot:pss或ptaa。9.根据权利要求1所述的双功能光电探测器，其特征在于，所述电子传输层为富勒烯c60或富勒烯衍生物，其中富勒烯衍生物为[6,6]-苯基c61-丁酸甲酯或[6,6]-苯基c71-丁酸甲酯；所述阴极修饰层为2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-菲罗啉。10.基于载流子选择透过膜的双功能光电探测器的制备方法，其特征在于，应用在如权利要求1至9任一所述的双功能光电探测器，包括：s1在所述透明基底上制备透明阳极；s2在所述透明阳极上旋涂制备所述透明空穴传输层；s3在所述透明空穴传输层上旋涂制备钙钛矿层；
s4在所述钙钛矿层上旋涂制备所述载流子选择透过层；s5在所述载流子选择透过层上旋涂制备所述有机响应层；s6在所述有机响应层上蒸镀制备所述电子传输层；s7在所述电子传输层上蒸镀制备所述阴极修饰层；s8在所述阴极修饰层上制备所述透明阴极。

技术总结
本发明提供一种基于载流子选择透过膜的双功能光电探测器及制备方法，包括自下而上依次布置的透明基底、透明阳极、透明空穴传输层、钙钛矿层、载流子选择透过层、有机响应层、电子传输层、阴极修饰层和透明阴极。载流子选择透过层使有机响应层产生的空穴自由通过，阻碍钙钛矿层的光生电子通过；在载流子选择透过膜的作用下，对前、后活性层的载流子进行主动行为调控，最终使得信号光从阳极入射时可实现窄带信号探测，信号光从阴极入射时可实现宽带信号探测。本发明提供的双功能光电探测器：在无外置偏压下，单个器件中可分别实现近红外窄带和紫外-可见-近红外宽带的光信号探测，并且具有较高的外量子效率和响应度，同时具有较高的弱光探测能力。光探测能力。光探测能力。


技术研发人员：赵谡玲 张宇 胡梦丽 宋丹丹 乔泊 梁志琴 徐征
受保护的技术使用者：北京交通大学
技术研发日：2022.07.13
技术公布日：2022/11/1