基于硫系玻璃基底的钙钛矿光电探测器研究.pdf
摘要
光电探测器是一种利用光电效应实现光电信号转换的元件，普遍应用于工业勘查、
气象监测、图像传感等各个方面。特别是针对近红外波段的光电探测器，在各种新兴
光电领域中有着巨大的应用潜力。目前传统光电探测器由于制备工艺复杂昂贵且机械
柔性相对较差，在实际应用中受到了许多限制。而新型半导体材料钙钛矿因其价格低
廉、合成简单、柔性兼容等材料特性，和载流子迁移率高、缺陷态密度低、带隙可调
等性能优势成为倍受期待的光电材料。
在近红外探测的研究进程中，为了隔绝大气中的可见光波段对目标信号造成的影
响，可见盲近红外光电探测器成为近年来的热点领域，为了避免外加滤光片的高成本
和复杂结构，能够过滤可见光的滤光层材料开始投入研究。同时，铅基钙钛矿材料受
带隙所限导致的近红外波段无响应，也使拓宽钙钛矿材料的光谱响应范围成为研究重
点。本文从屏蔽可见光的近红外探测出发，基于新型红外透镜材料和窄带隙锡铅钙钛
矿材料进行了结构设计、器件制备和性能表征，主要内容可分为以下两部分工作：
第一，本文选用有机-无机杂化锡铅钙钛矿材料，以新型透红外材料硫系玻璃
Ge28Se60Sb12为滤光基底，设计了基于硫系玻璃的光电导型可见盲近红外钙钛矿光电
探测器，响应范围780nm-1000nm，实现了+5v偏压下在875nm处67.5%的EQE，
响应度为0.48AW-1，比探测率可达7.471011Jones，并成功探测室内不同距离下的火
焰信号。
第二，为了更好地匹配实际应用需求，设计基于硫系玻璃的光电二极管型可见盲
近红外钙钛矿光电探测器，该结构器件光谱响应范围为800nm-1020nm，零偏压下可
-19
以在910nm处实现23%的EQE峰值，响应度为169mAW，比探测率最大为1.9310
Jones。同时对近红外光快速实时响应，响应速度上升时间为18.47μs。在氮气储存环
境下，活性层的长期稳定性保持超过六十天，未封装的器件在存储八十天后仍能保持
初始响应度的97%，同时可在空气中实现平稳灵敏的长时间响应。最后，将基于硫系
玻璃的光电二极管型可见盲近红外钙钛矿光电探测器应用于心率监测系统，成功实现
了心率信号监测应用。
关键词：硫系玻璃；钙钛矿材料；光电探测器；可见盲；近红外
I
目录
摘要I
ABSTRACTII
第1章绪论1
1.1研究背景及意义1
1.2国内外研究现状3
1.2.1可见盲近红外探测3
1.2.2硫系玻璃4
1.2.3钙钛矿材料5
1.3本文的主要研究内容7
第2章可见盲型NIR光电探测器的理论基础9
2.1钙钛矿光电探测器的结构9
2.2制备钙钛矿薄膜的方法11
2.2.1气相沉积法11
2.2.2一步旋涂法12
2.2.3两步旋涂法13
2.3光电探测器性能表征手段13
2.3.1光吸收/透射测试13
2.3.2X射线衍射(X-raydiffraction,XRD)测试14
2.3.3原子力显微镜(AtomicForceMicroscope,AFM)测试14
2.3.4光致发光(Photoluminescence，PL)测试14
2.3.5光电流和暗电流(J-V曲线)测试14
2.4钙钛矿光电探测器的性能参数15
2.4.1响应度R15
2.4.2外量子效率(ExternalQuantumEfficiency,EQE)15
2.4.3噪声电流15
*
2.4.