钙钛矿阵列的图案化生长及其应用研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Liujiajia0801
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近年来,钙钛矿在集成光电器件如人造眼、电子皮肤、照相机模块和数字显示器等中的实际应用引起了对光电器件阵列不断增长的需求。传统光刻工艺包括光刻胶旋涂、紫外曝光和光刻胶烘烤等过程,在当今的半导体工业中被广泛用于无机半导体材料的图案化。但是,由于钙钛矿在许多极性和质子溶剂中具有溶解性和水分解性,该工艺不能直接应用于钙钛矿材料的图案化。我们通过PDMS印章辅助实现了钙钛矿薄膜阵列图案化生长方法,并实现了可见光轨迹跟踪和实时图像传感的应用。具体研究成果如下:1.将预先设计的图案化PDMS印章压印在亲水处理的衬底表面,真空静置处理(0.03 MPa,28℃,4 h),使其中未固化的PDMS低聚物分子转移到衬底表面,实现图案化的亲疏水处理。通过旋涂法,将该方案应用于不同的钙钛矿材料(MAPbI3、FA0.85Cs0.15Pb I3和CH3NH3Pb I3-xClx)以及不同目标基材(SiO2、FTO、ITO和氟金云母),并均能成功实现钙钛矿薄膜阵列的图案化生长。2.在预处理SiO2/Si的衬底上,利用PDMS低聚物分子辅助定位生长MAPbI3钙钛矿薄膜阵列,然后通过金属掩模版将具有一定沟道长度的平行Au电极阵列沉积到所获得的MAPbI3钙钛矿薄膜阵列上,构建光电探测器阵列。电学测试结果表明,该器件在可见光范围内都具有良好的光电性能,并对660 nm左右的入射光展现出的光响应最明显,包括高达2.83 AW-1的响应度、5.32×10~2%的外部量子效率和5.4×1012 Jones的光谱探测率,以及较快的响应速度(τr/τf=52.7/57.1μs)。此外,还分别记录了在黑暗中和在均匀白光照射下的每个像素阵列的沟道电流,其中大多数具有相近的Ilight/Idark比率,说明了钙钛矿光电探测器阵列具备令人满意的均匀性。3.在预先沉积复杂金属电路的SiO2/Si衬底上制备了可寻址的8×8钙钛矿光电探测器阵列,成功实现了对“Z”字形移动的可见光光斑的轨迹追踪。通过自行设计的数据采集系统和成像系统,在白光、450 nm、660 nm和810 nm的不同光照下,分别成功实现了包括“H”、“F”、“U”和“T”不同字母静态实时成像。所有图像均具有良好的空间分辨率。未固化的PDMS低聚物分子辅助的定位生长钙钛矿薄膜阵列这一方案简易可行,为钙钛矿材料在光电探测器的光轨迹追踪和图像传感领域的应用提供了一种更加方便的、有效的途径。
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