結合太陽能電池和光探測器的自驅動光電探測體系及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及光電領域，尤其涉及一種結合太陽能電池和光探測器的自驅動光電探測體系及其制備方法。
【背景技術】
[0002]光探測器作為一類重要的光電傳感器件，在國防，工業，醫學，空間科學領域以及日常生活中有著廣泛的應用，例如國防軍事預警、通訊、環境監測等。光探測的原理主要是基于光導過程，包括光福射的吸收、光生載流子的產生和輸運。材料的結構參數和表面態以及納米器件尺寸與構型顯著影響材料的光吸收效率，并且決定光生載流子的壽命和渡越時間，從而影響器件的光敏感度和響應速度。近年來，國際上各個研究組開發了基于不同結構的光探測器并研究了其光導性能，取得了一系列研究成果。
[0003]從2009年開始，一種具有鈣鈦礦結構的有機無機復合金屬鹵化物材料進入了科研工作者的視野。其基本化學結構可以寫作ABX3。其中A位是有機物基團，一般可以為甲胺基團(CH3NH3);B位是無機金屬，一般可以為鉛(Pb)或者錫(Sn);X位為鹵族元素，一般可以為碘
(I)，溴(Br)，氯(Cl)或者這幾種元素的混合。
[0004]這些年來鈣鈦礦電池發展的非常迅速，從2009年的3.8%的效率提高到現在超過20%的效率，在換能效率上已經實現了對多晶硅太陽能電池的超越。新型的鈣鈦礦電池其主要由導電玻璃層，一般為FTO或者ITO玻璃；電子傳輸層，一般為二氧化鈦，氧化鋅或者氧化錫等具有良好電子傳輸性能的半導體;吸光層，有機無機復合的技術鹵化鈣鈦礦結構;空穴傳輸層，一般為P3HT或者spr1-MeOTAD;上電極，一般為100-200nm厚的銀或者金。
[0005]有鑒于上述的內容，本設計人，積極加以研究創新，以期創設一種結合太陽能電池和光探測器的自驅動光電探測體系及其制備方法，使其更具有產業上的利用價值。
【發明內容】
[0006]為解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種能夠自驅動且制備容易，操作簡單的結合太陽能電池和光探測器的自驅動光電探測體系及其制備方法。
[0007]本發明提出的一種結合太陽能電池和光探測器的自驅動光電探測體系，其特征在于:包括太陽能電池和光探測器，所述太陽能電池和光探測器通過銅線連接在一起，所述太陽能電池為鈣鈦礦太陽能電池，所述光探測器為鈣鈦礦光探測器，所述光探測器上覆蓋有隔離防護層，所述隔離防護層為通過原子層沉積的氧化鋁層。
[0008]本發明提出的一種結合太陽能電池和光探測器的自驅動光電探測體系的制備方法，其特征在于:包括以下步驟:
[0009]步驟(I):將導電玻璃基片放入到原子層沉積的腔體內，使用異丙醇鈦或者四甲胺鈦作為鈦源，去離子水作為氧源，來制備可調控的二氧化鈦層，得到有二氧化鈦導電基片；
[0010]步驟(2):將步驟(I)中的二氧化鈦導電基片取出，放入退火爐中進行后退火，提高二氧化鈦的結晶性能，然后煅燒，冷卻，清洗，得到二氧化鈦小球框架結構基片；
[0011]步驟(3):將事先配好的鈣鈦礦溶液滴在步驟(2)中的二氧化鈦小球框架結構基片上，利用旋涂的方法得到致密鈣鈦礦層；
[0012]步驟(4):將步驟(3)中的致密鈣鈦礦層的在100°C的加熱臺上退火2h得到完全轉化為黑色的結晶鈣鈦礦，冷卻至室溫后，旋涂上溶解在氯苯中的P3HT，得到電池基片；
[0013]步驟(5):將步驟(4)中的電池基片轉移到熱蒸發儀器中，制備上金屬電極，得到鈣鈦礦太陽能電池；
[0014]步驟(6):對柔性導電襯底基片進行刻蝕處理，得到兩條垂直相交的不導電刻痕的導電襯底基片；
[0015]步驟(7):將步驟(6)中處理完的基片轉移進手套箱中，將事先準備好的碘化鉛溶液旋涂到基片上，旋涂完后，將基片放在70 C加熱臺上退火30min得到結晶的鵬化鉛；
[0016]步驟(8):將步驟(7)中的基片放入預先準備的碘甲胺溶液中，反應一段時間，然后取出反應之后的基片，使用無水異丙醇清洗多次，將清洗過的基片放在70°C的加熱臺上退火30min，得到鈣鈦礦光探測器；
[0017]步驟(9):將步驟(8)中制備好的鈣鈦礦光電探測器放入原子層沉積系統中，覆蓋氧化鋁隔離層；
[0018]步驟(10):使用細銅線將步驟(5)中制備好的鈣鈦礦太陽能電池與步驟(9)中覆蓋氧化鋁隔離層的鈣鈦礦光電探測器聯立起來，制備成自驅動光電探測體系。
[0019]作為本發明方法的進一步改進，步驟(I)所述的導電玻璃基片為FTO(氟摻雜氧化錫)導電玻璃，腔體內的反應溫度為80?100 0C。
[0020]作為本發明方法的進一步改進，步驟(2)所述退火的升溫參數為每度一分鐘，煅燒溫度為550 0C，煅燒時間為2h，清洗方式為紫外光清洗。
[0021]作為本發明方法的進一步改進，步驟(3)中所述的鈣鈦礦溶液中的鈣鈦礦材料占40?45%wt，溶質中碘甲胺與碘化鉛/氯化鉛比為1:1/3，溶劑為二甲基甲酰胺或者二甲基亞砜，旋涂轉速為2000?4000轉/分鐘。
[0022]作為本發明方法的進一步改進，步驟(4)中所述的氯苯中P3HT濃度為20-40mg/mL，旋涂轉速為1500?3000轉/分鐘；
[0023]作為本發明方法的進一步改進，步驟(5)中所述熱蒸發儀器中的蒸發源為銀或者金，蒸發氣壓為1*10—5Pa，蒸發速率為0.1-0.3nm/s;
[0024]作為本發明方法的進一步改進，步驟(6)中所述的柔性導電襯底基片為ITO玻導電璃，刻蝕的原料為鋅粉和稀釋過的鹽酸，刻痕的寬度為0.1mm。
[0025]作為本發明方法的進一步改進，步驟(7)中所述碘化鉛濃度中碘化鉛的濃度為461mg/ml，旋涂轉速為1500?3000轉/分鐘。
[0026]作為本發明方法的進一步改進，步驟(8)所述碘甲胺溶液的溫度為70°C，反應時間為5min。
[0027]借由上述方案，本發明至少具有以下優點:本發明中采用鈣鈦礦電池可以提供穩定的電壓，鈣鈦礦光探測器具有較高的光響應系數，聯立起來的體系可以實現對光探測的自驅動，同時最終覆蓋的氧化鋁保護層能夠起到隔絕空氣中水氧的作用，以此來提高電池的性能。本發明的自驅動光電探測體系制備簡單易操作，且對設備要求低，本發明的電池，光探測器聯立體系可用于無線傳感，生物穿戴設備和危險領域探測等方面。
[0028]本發明制備的鈣鈦礦光探測器，將鈣鈦礦材料作為光探測的基礎，以鈣鈦礦材料作為吸光組分，可以實現在全可見光范圍吸光，對比于傳統光探測器，本發明的探測器可以做到全可見光的探測。
[0029]本發明通過原子層沉積技術制備氧化鋁層，在原子層沉積反應中，氣態前驅體可以被一層一層可控附著在樣品表面，然后完成生長過程，可以在納米量級上精確控制金屬氧化物的生長。通過長時間放置穩定性的測量，原子層沉積技術能夠制備出的高致密度和超薄的氧化鋁層起到了非常好的作用。
[0030]上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，并可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。
【附圖說明】
[0031 ]圖1為本發明所制備的鈣鈦礦光探測器掃描電鏡圖；
[0032]圖2為本發明結合太陽能電池和光探測器的自驅動光電探測體系的工作示意