一种提升钙钛矿光电探测器在光态下长期工作稳定性的方法

    专利2026-09-23  21


    本发明属于钙钛矿光电探测器,具体涉及一种提升钙钛矿光电探测器在光态下长期工作稳定性的方法。


    背景技术:

    1、光电探测器在电场作用下将特定波长的光信号转换成电信号实现光探测,在光学成像、公共检测、前沿科学等领域广泛应用。相比于市面上常规光电探测半导体材料,钙钛矿材料,凭借其较高的平均原子序数、平衡的载流子迁移率、超低的缺陷密度以及规模化制备成本低等特点,已经成为最具潜力新型光电材料。近十年来,基于钙钛矿材料制备的光电探测器迅速发展,部分性能已优于传统半导体型光电探测器。

    2、钙钛矿材料作为一种软晶格材料,在光态与电场的共同作用下,其材料内部离子迁移积累对整体器件性能造成影响,使得其长期工作稳定性面临挑战,严重阻碍了其商业化进程。现有的很多报道大都从材料方面着手,通过掺杂、钝化的方式抑制离子迁移,但也只是提高了离子迁移的阈值,也有报道通过使用交流电减弱离子迁移抑制电流漂移,但针对的是暗态,光态下钙钛矿光电探测器长期工作稳定性依然受限。


    技术实现思路

    1、本发明针对现有钙钛矿光电探测器在光态下长期稳定性不足的问题,提出一种提升钙钛矿光电探测器在光态下长期工作稳定性的方法,利用正负偏置电压交替施加,消除在光态、连续直流偏置电压工作下吸收层钙钛矿材料内部离子的迁移积累。以正负偏置电压组成的电压时间单元为基础,读取若干电压时间单元偏置电压加载阶段的光电流信号,根据实际使用场景针对电压时间序列的单元进行配置。基于本发明方法工作的钙钛矿光电探测器,可显著抑制光电流漂移问题,实现光态、高偏置电压下的长期工作稳定性,加快钙钛矿光电探测器的商业化进程。

    2、本发明的技术解决方案如下:

    3、一种提升钙钛矿光电探测器在光态下长期工作稳定性的方法,其特点在于该方法包括下列步骤:

    4、1)对钙钛矿光电探测器的吸收层施加由电压源提供的电压时间序列,该电压时间序列包含多个由正负偏置电压组成的电压时间单元,每个电压时间单元包含持续t1时间的正偏置电压v1与持续t2时间的负偏置电压v2;

    5、2)利用电流表读取所述电压时间序列中正偏置电压加载阶段对应的电流信号;

    6、3)开启光源照射在钙钛矿光电探测器的单侧电极上,根据光态下长期工作稳定性所需时间t设置所述电压时间单元数n。

    7、所述电压时间单元内正负偏置电压及时间关系为v2×t2=-k×v1×t1,k为比例因子,该比例因子k范围在0.5-1.5。

    8、所述时间t与n个电压时间单元的时间关系为t≤t1+t2+···+tn。

    9、所述t≥60s。

    10、所述吸收层由钙钛矿材料构成,包括有机-无机杂化钙钛矿材料或无机钙钛矿材料:

    11、1)当所述钙钛矿材料为有机-无机杂化钙钛矿材料,所述正偏置电压工作幅值0<v1≤100v、工作时间0<t1≤5s;

    12、2)当所述钙钛矿材料为无机钙钛矿材料,所述正偏置电压工作幅值0<v1≤200v,工作时间0<t1≤10s。

    13、所述光源为可见光光源、x射线光源或γ射线光源。

    14、所述钙钛矿光电探测器包括吸收层、用于提供正负偏置电压的电压源、电压时间序列、电压时间单元、用于读取电流信号的电流表、用于提供光照的光源(6)、用于对吸收层施加正负偏置电压的两个电极;吸收层两侧电极通过导线与电压源、电流表串联,由电压源为吸收层提供正负偏置电压,由电流表记录电流信号,光由光源产生,照射在吸收层的单侧电极,吸收层吸收光产生光电流。

    15、本发明的技术优势如下:

    16、1、本发明利用正负偏置电压交替施加,消除在光态、连续直流偏置电压工作下吸收层钙钛矿材料内部离子的迁移积累,以正负偏置电压组成的电压时间单元为基础,读取偏置电压加载阶段对应光电流信号,从而有效提升钙钛矿光电探测器在光态下的长期工作稳定性,与现有方法相比能够有效解决钙钛矿光电探测器光态下长期工作失稳问题。

    17、2、本发明根据钙钛矿材料的差异,对能够正常稳定按照本发明技术方法稳定工作的电压区间进行优选控制,可以进一步提高钙钛矿光电探测器在光态下的长期工作稳定性



    技术特征:

    1.一种提升钙钛矿光电探测器在光态下长期工作稳定性的方法,其特征在于该方法包括下列步骤:

    2.根据权利要求1所述的提升钙钛矿光电探测器在光态下长期工作稳定性的方法,其特征在于,所述电压时间单元(4)内正负偏置电压及时间关系为v2×t2=-k×v1×t1,k为比例因子,该比例因子k范围在0.5-1.5。

    3.根据权利要求1所述的提升钙钛矿光电探测器在光态下长期工作稳定性的方法,其特征在于,所述时间t与n个电压时间单元的时间关系为t≤t1+t2+···+tn。

    4.根据权利要求1所述的提升钙钛矿光电探测器在光态下长期工作稳定性的方法,其特征在于,所述t≥60s。

    5.根据权利要求1所述提升钙钛矿光电探测器在光态下长期工作稳定性的方法,其特征在于,所述吸收层(1)由钙钛矿材料构成,包括有机-无机杂化钙钛矿材料或无机钙钛矿材料:

    6.根据权利要求1所述提升钙钛矿光电探测器在光态下长期工作稳定性的方法,其特征在于,所述光源(6)为可见光光源、x射线光源或γ射线光源。


    技术总结
    本发明公开了一种提升钙钛矿光电探测器在光态下长期工作稳定性的方法,属于钙钛矿光电探测器技术领域,利用正负偏置电压交替施加,消除在光态、连续直流偏置电压工作下吸收层钙钛矿材料内部离子的迁移积累,具体是以正负偏置电压组成的电压时间单元为基础,读取若干电压时间单元偏置电压加载阶段的光电流信号,根据实际使用场景针对电压时间序列的单元进行配置。基于本发明方法工作的钙钛矿光电探测器,可显著抑制光电流漂移问题,实现光态、高偏置电压下的长期稳定工作,加快钙钛矿光电探测器的商业化进程。

    技术研发人员:邵宇川,王虎,王鹏祥
    受保护的技术使用者:中国科学院上海光学精密机械研究所
    技术研发日:
    技术公布日:2024/4/29
    转载请注明原文地址:https://wp.8miu.com/read-102201.html

    最新回复(0)