基于pedot:pss/pvk/wo3有机-j9九游会真人

基于pedot:pss/pvk/wo3有机-无机异质结的紫外光电探测器及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及一种有机-无机杂化的光电探测器，尤其是一种具有ito/pedot:pss/pvk/wo3/al垂直结构的紫外光电探测器。


背景技术：

2.光电探测技术已经研究了多种宽禁带金属氧化物半导体材料，如zno、ga2o3、nio、tio2、sno2、wo3等，用以构建不同结构的紫外光电探测器。近年来，原本多用作光催化和电致变色材料的wo3，由于其优异的光学、电学和非化学计量特性，即晶格中存在大量的氧空位，其光探测能力受到了关注。目前，大多数氧化物基无机器件的制备依赖于昂贵的高真空和400-1400℃高温设备，这限制了此类光电探测器的大面积生产。而有机基器件则具有制备简单、成本低、温度低、易于大面积沉积等优势。因此，基于有机-无机异质结的杂化器件不仅可以互补二者的缺点还具有产业化的潜质，如：zno/pvk、ga2o3/pedot:pss、tio2/pani、tio2/mcp、nio/pvk/zno等。其中，pvk是紫外光探测领域的首选有机聚合物，因为它具有商业可用性和较宽的带隙（~3.6 ev），并且作为空穴层可与多种辅助材料类型兼容。另外，pedot:pss是一种高分子聚合物，通常以水溶液的形式存在，并具有导电率高（~1.7 cm2v-1
s-1
）及导电率可调的特性。因此，在有机光电子器件的设计与集成中，pedot:pss常被用作空穴传输层。
3.虽然上述材料性能已有研究报道，但目前为止，还未有记载将wo3、pvk及pedot:pss三种材料形成有机-无机杂化异质结，并制备紫外光电探测器的技术。


技术实现要素：

4.本发明提出一种低温制备的具有ito/pedot:pss/pvk/wo3/al垂直结构的紫外光电探测器及其制备方法。通过使用旋涂-溅射两步法先后在ito涂敷的玻璃衬底上制备pedot:pss、pvk和wo3三种薄膜层，器件在兼顾低温条件的同时也表现出高性能。
5.基于pedot:pss/pvk/wo3有机-无机异质结的紫外光电探测器，其特征在于该探测器从下至上分别为玻璃衬底、ito电极层、pedot:pss空穴传输层、pvk薄膜层、wo3薄膜层和al电极层；所述pedot:pss空穴传输层厚度为43 nm；所述pvk薄膜层厚度为65 nm；所述wo3薄膜层厚度为120 nm。
6.所述的基于pedot:pss/pvk/wo3有机-无机异质结的紫外光电探测器的制备方法，包括以下的步骤：步骤1，衬底清洗：ito涂敷的玻璃衬底在氨水、过氧化氢和去离子水的混合溶液中进行湿法清洗；步骤2，旋涂pedot:pss空穴传输层：将超声均化处理的pedot:pss水溶液通过旋涂
法制备在清洗干净的ito衬底上，然后烘干，厚度为43 nm；步骤3，旋涂pvk薄膜层：将预配制的pvk溶液通过旋涂法制备在pedot:pss空穴传输层上，然后烘干，厚度为65 nm；步骤4，溅射wo3薄膜层：通过射频磁控溅射法在pvk薄膜层上沉积wo3，厚度为120 nm；步骤5，蒸镀al电极层：在wo3薄膜表面蒸镀金属al。
7.本发明采用旋涂-溅射两步法在ito涂敷的玻璃衬底上制备出基于pedot:pss/pvk/wo3有机-无机杂化异质结的紫外光电探测器。在≤150 ℃低温条件下先后制备出pedot:pss、pvk和wo3三种薄膜层，所制备的器件在兼顾低温制备的同时也表现出高性能，如：高的开关比、响应率和探测率等，且制备简单、成本低、易于大面积沉积，具有开发紫外焦平面成像的潜质。
附图说明
8.图1为制备得到的pedot:pss/pvk/wo3有机-无机异质结器件的结构示意图。
9.图2为制备得到的pedot:pss/pvk/wo3有机-无机异质结器件的电流-电压测试结果图。
10.图3为制备得到的pedot:pss/pvk/wo3有机-无机异质结器件的电流-时间测试结果图。
11.图4为制备得到的pedot:pss/pvk/wo3有机-无机异质结器件的响应率随偏置电压变化的关系图。
12.图5为制备得到的pedot:pss/pvk/wo3有机-无机异质结器件的探测率随偏置电压变化的关系图。
13.图6为制备得到的pedot:pss/pvk/wo3有机-无机异质结器件与其他紫外光电探测器的性能对比图。
具体实施方式
14.以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
15.实施例1：基于pedot:pss/pvk/wo3垂直结构的有机-无机杂化紫外光电探测器，从下至上依次为玻璃衬底1、ito电极层2、pedot:pss空穴传输层3、pvk薄膜层4、wo3薄膜层5和al电极层6。
16.基于pedot:pss/pvk/wo3有机-无机异质结的紫外光电探测器的制备方法，包括以下的步骤：步骤1，衬底清洗：ito涂敷的玻璃衬底在氨水、过氧化氢和去离子水的混合溶液中进行湿法清洗，将溶液加热至80 ℃并保持30-50 min，然后使用去离子水反复冲洗并用氮气喷枪吹干待用。
17.步骤2，旋涂pedot:pss空穴传输层：将超声均化处理的pedot:pss水溶液以3000 rpm的转速旋涂在清洗干净的ito衬底上，然后120 ℃进行烘干处理，厚度为43 nm；
步骤3，旋涂pvk薄膜层：将预配制的pvk溶液，浓度为5-20 mg/ml，以2500 rpm的转速旋涂在pedot:pss空穴传输层上，然后60 ℃进行烘干处理，厚度为65 nm；步骤4，溅射wo3薄膜层：通过射频磁控溅射法在pvk薄膜层上沉积wo3，设备真空度抽至6.9
×
10-4
pa以下，溅射压强为3 pa，溅射功率为100 w，溅射时间为22min，厚度为120 nm；步骤5，蒸镀al电极层：在wo3薄膜表面通过真空蒸镀法制备al电极，过程中使用掩模版进行遮挡，ito和al分别作为底部和顶部电极，以待测试。
18.如图2为本实施例1制备得到的pedot:pss/pvk/wo3有机-无机异质结器件的电流-电压测试结果图。当器件在365 nm紫外光的照射下，相比于黑暗条件，反向电流急剧增加，在-2 v偏压下的光暗电流比约为102，-1 v偏压下的光暗电流比约为103。
19.图3为本实施例1制备得到的pedot:pss/pvk/wo3有机-无机异质结器件的电流-时间测试结果图。器件测试时外加偏压为0 v、频率为0.1 hz，当打开或关闭光源时，电流迅速以不同程度增加或减少，表现出良好的重复性和自供电特性，使器件在无电源的环境中工作成为可能。
20.图4为制备得到的pedot:pss/pvk/wo3有机-无机异质结器件的响应率随偏置电压变化的关系图。在负偏压下，响应率随电压的增大而增大，且在光功率密度越高时，响应率的值也越大。当电压为-1.96 v时，响应率达到最大值~12.4 aw-1
。
21.图5为制备得到的pedot:pss/pvk/wo3有机-无机异质结器件的探测率随偏置电压变化的关系图。在负偏压下的探测率数值明显高于正偏压下的数值，当电压为-0.6 v时，探测率达到最大值~1.8
×
10
13
cmhz
1/2
w-1
，其平均值保持在10
12
量级。
22.图6为制备得到的pedot:pss/pvk/wo3有机-无机异质结器件与其他氧化钨基，以及其它经典氧化物基光电探测器紫外光电探测器的性能对比图。其中，横坐标表示响应率数值，纵坐标表示探测率数值。对比结果表明，本发明的器件同时具有较高的响应率和探测率，探测性能优于绝大多数同类型的紫外光电探测器。
23.本发明基于pedot:pss/pvk/wo3器件的高性能与有机-无机异质结的光电转换机制直接相关。对于半导体异质结来说，特别是有机-无机异质结的光响应是一个复杂的过程。在接触前，每种材料的能级是独立的；在接触后，pedot:pss、pvk和wo3具有统一的费米能级，pvk的能带在界面处向下弯曲，而wo3的能带则向上弯曲。由于载流子的扩散，在界面处形成空间电荷区即势垒区，能带弯曲主要发生在wo3的一侧。当器件在光照条件下，价电子获得能量后跃迁到导带，产生光生电子-空穴对，在内置电场的驱动下，电子向wo3移动，空穴则向pvk移动，并被电极收集。这也是器件可以在0 v偏压下工作的主要原因。