摘要
卤化物钙钛矿因其高光吸收系数、高载流子迁移率、带隙可调等优异的光电特性而在光电探测领域受到了极大的关注。尽管基于卤化物钙钛矿光电探测器的器件性能已取得很大的进步、探测范围可覆盖紫外-近红外光区，但将探测器集成到实际系统中应用时仍存在很多问题。一方面，铅基钙钛矿材料本身的不稳定性和铅的毒性严重阻碍了其实用化和商业化的进程。另一方面，化学溶液法合成钙钛矿的形状和分布都十分随机，不适合集成也很难制备出大面积、高质量的钙钛矿薄膜。针对以上问题，本论文围绕无铅稳定的铜基钙钛矿的微结构制备以及光电探测器应用进行了研究。主要研究内容如下： 首先，制备了大面积的二维胶体晶体模板。利用一种简单、快速且低成本的液面自组装方法制备了单层聚苯乙烯微球胶体模板，模板中微球尺寸均匀、形态一致、排列整齐，微球间的缝隙在表面活性剂的作用下变得很小。通过改变聚苯乙烯微球的直径可以进一步控制模板的尺寸和形貌。 其次，利用二维聚苯乙烯微球模板制备了具有纳米孔结构的大面积二维Cs3Cu2I5纳米网。在单层的二维聚苯乙烯微球模板上，经过旋涂卤化物钙钛矿前驱体溶液、退火促使晶体生长、去除模板、再次退火结晶等步骤，得到了晶体生长均匀且规则的、孔道高度有序的Cs3Cu2I5纳米网。通过调节模板微球的大小可以控制钙钛矿纳米孔的尺寸。所制备的Cs3Cu2I5纳米网在紫外区(250~320 nm)具有较高的吸收，能够发射出约450 nm的蓝色荧光。纳米网具有大的斯托克斯位移且稳定性较好。与无孔的Cs3Cu2I5平面薄膜相比，本文制备的纳米网表面光滑度更高，独特的纳米孔结构能够有效减少反射、增加散射，具有更高的光吸收效率。 最后，基于直径为 1 μm 的聚苯乙烯微球模板制备了金属-半导体-金属(MSM)结构的 Cs3Cu2I5紫外光电探测器。该光电探测器光响应度和比探测率分别达到了 1.66 AW-1和2.48×1012 Jones，外量子效率约750%。同时，该光电探测器还具有较高的稳定性。在没有任何封装的情况下，探测器薄膜的晶型结构在60天观测期内没有变化。在120℃长时间加热或者在 3.5 mW/cm2强紫外光长时间照射后，器件性能均没有出现大幅度的下降。
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