ZnO納米晶與有機(jī)聚合物異質(zhì)結(jié)垂直結(jié)構(gòu)紫外光伏探測器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種高探測率無機(jī)與有機(jī)聚合物雜化的紫外光伏探測器。
【背景技術(shù)】
[0002]紫外探測器被廣泛應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)、紫外通信、天文學(xué)觀測、生物醫(yī)學(xué)研究和醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域。目前，用于制備紫外探測器的材料主要有GaN、ZnO以及Si等材料體系。由于Si基紫外探測器需要成本高的濾波片，因此限制了 Si基紫外探測器的應(yīng)用。GaN材料的則因其制備溫度高，且Mg摻雜的p型GaN不易獲得，阻礙了 GaN基紫外探測器的發(fā)展。寬帶隙半導(dǎo)體ZnO由于具有較寬的能帶隙，而被廣泛地用于紫外光電子器件的制備，然而由于自補(bǔ)償效應(yīng)的存在，目前p型ZnO材料的獲得仍然是一個(gè)技術(shù)難題，限制了 ZnO在紫外光電器件中的應(yīng)用。如果將η型無機(jī)ZnO材料與p型有機(jī)紫外半導(dǎo)體材料結(jié)合起來形成有機(jī)與無機(jī)半導(dǎo)體pn異質(zhì)結(jié)，這些結(jié)構(gòu)新穎的異質(zhì)結(jié)既結(jié)合了有機(jī)半導(dǎo)體的大面積及柔性優(yōu)勢，又兼具無機(jī)半導(dǎo)體高迀移率的優(yōu)點(diǎn)，可以設(shè)計(jì)和制作更多新型的光電子器件，它們的性能是單獨(dú)無機(jī)半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)或有機(jī)半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)所不具備的。因此人們開始注意到了有機(jī)/無機(jī)雜化的紫外探測器，有機(jī)聚合物可以通過旋涂成膜，工藝簡單，成本低廉，易于制成柔性器件，基于無機(jī)與有機(jī)聚合物雜化的紫外探測器具有工藝簡單，低成本，底偏壓，高響應(yīng)度，高探測率和可制成柔性器件等優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的是提供一種低成本、高探測率的無機(jī)與有機(jī)聚合物雜化的紫外光伏探測。
[0004]本發(fā)明的ZnO納米晶與有機(jī)聚合物異質(zhì)結(jié)垂直結(jié)構(gòu)紫外光伏探測器，其特征在于該探測器為多層結(jié)構(gòu)，自上而下依次是玻璃層、ΙΤ0負(fù)極電極層、PED0T:PSS薄膜層、PVK薄膜層、ZnO(NCs)薄膜層，以及A1正極電極層。
[0005]其中，PVK為聚乙烯咔唑是一種有機(jī)聚合物，ZnO(NCs)為寬禁帶η型無機(jī)透明半導(dǎo)體，PED0T:PSS是聚苯胺衍生物。
[0006]所述的PED0T:PSS薄膜層的厚度為20~60 nm，PVK薄膜層的厚度為40~80 nm，ZnO (NCs)薄膜層的厚度為100~200 nm，Al電極的厚度為60~100 nm。所述的PED0T:PSS薄膜層、PVK薄膜層、ZnO (NCs)薄膜層采用旋涂的方式形成，AL電極層采用真空蒸鍍方式。
[0007]所述的PVK薄膜層和ZnO (NCs)薄膜層是將PVK和ZnO (NCs)分別溶入氯仿溶液中經(jīng)旋涂制成的，其PVK溶液的濃度為10~15mg/ml，ZnO (NCs)為80~100mg/ml。
[0008]本發(fā)明通過將空穴傳輸層物質(zhì)PVK和電子傳輸物質(zhì)ZnO納米晶(NCs)分別溶入氯仿溶液里，經(jīng)旋涂單獨(dú)成膜，形成“本體異質(zhì)結(jié)”。本發(fā)明的探測器，具有幾個(gè)的優(yōu)點(diǎn)??大面陣，本發(fā)明的ZnO納米晶(NCs)、有機(jī)半導(dǎo)體薄膜等都容易實(shí)現(xiàn)大面積制備，因此基于此技術(shù)的探測器可以實(shí)現(xiàn)大面陣、高密度探測元陣列。響應(yīng)速度快，本發(fā)明的有機(jī)與無機(jī)雜化半導(dǎo)體紫外探測器為光伏型器件，光生電子和空穴在內(nèi)建電場下的解離、輸運(yùn)和收集效率高，輸運(yùn)路程短，因此探測器的響應(yīng)速度快。低功耗，本發(fā)明的探測器為光伏型紫外探測器，可以在零偏置或低電壓偏置條件下工作，因此器件功耗低。高探測率，鑒于典型的有機(jī)和無機(jī)材料組成的器件探測率相比(比如:P3HT:PCBM:CdTequantum dots探測率高&5.0X1012cmHz1/2ff \ AlGaN 探測率高達(dá) 6.10 X 1013cmHz1/2ff \ PDDTT:PC6QBM 探測率高達(dá)1.0 X 1013cmHz1/2ff \ ZnOnanobridge 探測率高達(dá) 6.25 X 10ncmHz1/2ff 3 而本發(fā)明器件的探測率高達(dá)6.UXK^cmHz1、1，比之前列出材料組成的器件還要高，使得本發(fā)明的探測器具有優(yōu)良的性能。
[0009]本發(fā)明具有工藝簡單，低成本，底偏壓，高響應(yīng)度，高探測率和可制成柔性器件等優(yōu)點(diǎn)；在環(huán)境保護(hù)、紫外通信、天文學(xué)觀測、生物醫(yī)學(xué)研究和醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)有前景。
【附圖說明】
[0010]圖1是實(shí)施例1探測器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011 ] 圖2是實(shí)施例1探測器ZnO納米晶的XRD圖。
[0012]圖3是實(shí)施例1探測器PVK的紫外-可見吸收譜。
[0013]圖4是實(shí)施例1探測器ZnO納米晶的紫外-可見吸收譜。
[0014]圖5是實(shí)施例1探測器無光照和紫外光照射條件下的1-V曲線圖。
[0015]圖6是實(shí)施例1探測器的探測率圖。
[0016]其中，玻璃層1、ΙΤ0負(fù)極電極層2、PED0T:PSS薄膜層3、PVK薄膜層4、ZnO (NCs)薄膜層5，以及A1正極電極層6。
【具體實(shí)施方式】
[0017]實(shí)施例1:Ζη0納米晶與有機(jī)聚合物異質(zhì)結(jié)垂直結(jié)構(gòu)紫外光伏探測器，自上而下依次是玻璃層1、IT0負(fù)極電極層2、PED0T:PSS薄膜層3、PVK薄膜層4、ZnO(NCs)薄膜層5，以及A1正極電極層6。
[0018]該紫外光伏探測器，具體制備步驟如下:
(DIT0玻璃依次用丙酮、無水醇、去離子水超聲清洗10分鐘，然后烘干，其后用去離子水、雙氧水和氨水按3:1:1配比濕法清洗，在100°C水浴lh后取出，用去離子水沖洗后電吹風(fēng)吹干，徹底清涂襯底表面吸附的灰塵、有機(jī)物等雜質(zhì)。
[0019](2)用旋涂的方法制備厚度20~40 nm PED0T: PSS(聚苯胺衍生物)薄膜層，100°C烘烤30分鐘后取出。
[0020](3)將濃度為10?15mg/mL的PVK氯仿溶液以1000?2000 rpm的轉(zhuǎn)速旋涂在已經(jīng)制備好的PH)0T:PSS膜上，然后將其放入真空烘箱，在90?110°C下烘干30?50分鐘，從而得到厚度為800?100nm的PVK薄膜層。
[0021](4)分散在氯仿中的ZnO (NCs)澄清的溶液以lOOOrpm的轉(zhuǎn)速重復(fù)旋涂在已制備好的PVK有源層薄膜上，然后將其放入真空烘箱，在80?100°C下烘干15?30分鐘，這樣重復(fù)3次，從而得到厚度為100?200nm的ZnO (NCs)薄膜層。
[0022](5)最后，用真空蒸鍍的方法制備80~100 nm的鋁電極層。
[0023]其中，ZnO (NCs)是將29.5g 二水合醋酸鋅溶于125 mL無水甲醇中，加熱至60°C ；然后在劇烈攪拌下逐滴加入64 mL氫氧化鉀(85%，14.8g)的甲醇溶液，反應(yīng)約1.5小時(shí)后，溶液逐漸變渾濁，繼續(xù)反應(yīng)30分鐘后，結(jié)束反應(yīng)