一种铋氧硒纳米片自供能光电探测器的制备方法

1.本发明属于光电材料和探测器制备技术领域，涉及一种bi2o2se纳米片自供能光电探测器的制备方法。


背景技术：

2.自石墨烯发现以来，二维材料由于其高迁移率、超薄厚度、可谐调带隙等优异特性被应用于光电探测器。但基于传统二维材料的光电探测器仍有不足之处，例如：石墨烯的光吸收性较差，黑磷的环境稳定性不好，二硫化钼响应速度慢。
3.研究发现，铋氧硒（bi2o2se）具有高灵敏度、超快响应和优异的环境稳定性，同时能够实现宽光谱响应，可成为下一代光电探测器的候选材料。bi2o2se是一种窄带隙（体材料为0.8ev）的层状半导体材料，由[bi2o2]
n2n+
层和[se]
n2n
‑
层交替堆叠而成。文献报道，当bi2o2se从体材料向单层材料转变时，其带隙宽度增大，光吸收效率提高，有利于其光电探测性能的提高。
[0004]
水热法制备bi2o2se纳米片不仅操作简单、过程可控，而且获得的bi2o2se纳米片具有厚度小、比表面积大、电荷转移效率高等特性。基于bi2o2se纳米片的自供能光电探测器也具有成本低、无外加电源、使用简单、响应快速等优势，这对自供能光电探测器的发展具有重要意义。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的是提供一种铋氧硒纳米片自供能光电探测器的制备方法，该方法首先采用水热法，并辅以聚乙烯吡咯烷酮 （pvp）进行调控，得到了bi2o2se纳米片，然后使用该材料制备了一种成本低、操作简单的自供能光电探测器，该自供能光电探测器不仅响应快，而且在紫外
‑
可见
‑
红外波段都有较大的响应，这对自供能光电探测器的发展具有重要意义。
[0006]
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种铋氧硒纳米片自供能光电探测器的制备方法，采用水热法制备bi2o2se纳米片，并以旋涂bi2o2se纳米片的fto导电玻璃为工作电极，将其与对电极通过热封膜连接，在内部空腔注入电解液制备自供能光电探测器，具体包括如下步骤：步骤一、配制浓度为0.035~0.040 g/ml的pvp溶液18~22ml，并向溶液中加入0.47~0.50 g bi(no3)3·
5h2o和8.5~9.5 g的混合盐，得到混合溶液；步骤二、配制浓度为0.1 g/ml的naoh溶液10~15 ml，并向溶液中加入0.039~0.040 g的se粉和0.12~0.15 g的无水na2so3，加热后得到混合溶液；步骤三、将步骤一、步骤二中得到的两种混合溶液混合在一起作为前驱体溶液，通过水热法制备bi2o2se纳米片；步骤四、将步骤三中得到的bi2o2se纳米片分散于无水乙醇中，然后使用匀胶机旋涂在fto导电玻璃表面，烘干，重复旋涂
‑
烘干3~5次，得到工作电极；
步骤五、将工作电极和对电极通过热封膜连接，而后注入电解液，得到bi2o2se纳米片自供能光电探测器。
[0007]
上述方法中，所用化学试剂均为分析纯。
[0008]
上述方法中，混合盐为lino3和kno3，lino3与kno3的质量比为1:2。
[0009]
上述方法中，bi(no3)3·
5h2o与se粉的摩尔比为2:1。
[0010]
上述方法中，水热法的温度为190~210℃，时间为20~24 h。
[0011]
上述方法中， bi2o2se纳米片与无水乙醇的质量体积比为0.01 g：1~2 ml。
[0012]
上述方法中，匀胶机设置转速和时间分别为800 rpm、10 s，烘干温度为60~80℃。
[0013]
上述方法中，对电极为铂电极，电解液为聚硫电解质。
[0014]
上述方法中，热封温度为140~160 ℃。
[0015]
相比于现有技术，本发明具有如下优点：1、本发明利用水热法制备bi2o2se纳米片，操作简便，成本低，过程可控；bi2o2se纳米片的尺寸可通过反应温度和pvp含量来调控。
[0016]
2、本发明制备的bi2o2se纳米片自供能光电探测器的响应速度快、响应度高，而且在紫外
‑
可见
‑
红外都有较大的光电流响应，在探测范围方面，要显著优于窄波段光电探测器。
附图说明
[0017]
图1为bi2o2se纳米片的xrd图谱；图2为bi2o2se纳米片的sem图像；图3为不同波长入射光照射下bi2o2se纳米片的电流密度曲线，其中光功率为15 mw/cm2；图4为bi2o2se纳米片的响应时间。
具体实施方式
[0018]
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
[0019]
实施例1：本实施例提供了一种bi2o2se纳米片的制备方法，所述方法采用水热法，辅以pvp调控，制备了bi2o2se纳米片。具体实施步骤如下：步骤一：称量0.75 g pvp（k30），将其加入到20 ml去离子水中，并磁力搅拌15 min，得到pvp溶液。
[0020]
步骤二：将0.485 g bi(no3)3·
5h2o、3 g lino3和6g kno3加入到步骤一得到的pvp溶液中，继续磁力搅拌15 min，得到混合溶液。
[0021]
步骤三：将0.0395 g se粉、1 g naoh和0.15 g 无水na2so3加入到10 ml去离子水中，在90℃条件下加热30 min，得到混合溶液。
[0022]
步骤四：将步骤二与步骤三得到的两种混合溶液混合在一起磁力搅拌30 min，得到前驱体溶液。
[0023]
步骤五：将步骤四中得到的前驱体溶液加入到带有100 ml 聚四氟乙烯内胆的反应釜中，在200 ℃反应24 h，反应完成后用去离子水和无水乙醇交替离心洗涤三次，干燥后收集，得到bi2o2se纳米片。
[0024]
图1为bi2o2se纳米片的xrd图谱，由图1可知，bi2o2se纳米片的衍射峰与标准卡片pdf#73
‑
1316相符合，其中三强峰31.8
°
、32.5
°
、57.6
°
分别对应bi2o2se的（103）、（110）、（107）晶面，说明合成的材料是bi2o2se；其衍射峰线宽较窄，说明材料结晶质量高；xrd图谱中无杂质峰，说明材料很纯。
[0025]
图2为bi2o2se纳米片的sem图像，由图2可知，bi2o2se纳米片形状规则，呈四方形或矩形；其尺寸较小但不均匀，横向尺寸大致在100~500 nm范围内，平均厚度在50 nm以下。
[0026]
实施例2：本实施例提供了一种bi2o2se纳米片自供能光电探测器的制备方法，所述方法以工作电极、对电极和电解液来制备bi2o2se纳米片自供能光电探测器；所述工作电极为旋涂bi2o2se纳米片的fto导电玻璃，所述对电极为铂电极，所述电解液为聚硫电解质。具体制备步骤如下：步骤一：将0.01 g bi2o2se纳米片分散于1 ml 无水乙醇中，并超声处理 20 min，得到悬浊液。
[0027]
步骤二：设置匀胶机参数为转速800 rpm、时间10 s，在2 cm
×
1.5 cm 尺寸的fto导电玻璃上旋涂步骤一得到的悬浊液，并在60 ℃下烘干，重复旋涂
‑
烘干3次，得到工作电极。
[0028]
步骤三：将工作电极和铂电极在150 ℃的条件下通过热封膜连接，内部形成空腔，在空腔内注入聚硫电解质，得到bi2o2se纳米片自供能光电探测器。
[0029]
实施例3：本实施例为bi2o2se纳米片自供能光电探测器的测试，以紫外365 nm、蓝光470 nm、绿光530 nm、红光625 nm、近红外850 nm和940 nm波长的光为模拟光源照射10 s，然后关闭光源10 s作为一个周期。在偏压为0 v、光功率为15 mw/cm2的条件下测量电流的变化情况，共进行开关循环10个周期。
[0030]
图3为不同波长入射光照射下bi2o2se纳米片的电流密度曲线，由图3可知，bi2o2se纳米片从紫外到红外都有较大的光电流响应，其中紫外光下的光电流密度最大，约为164.1 μa/cm2；随着入射光波长的增大，bi2o2se纳米片的光电流响应减小，到940 nm时其光电流密度约为37.8 μa/cm2；而且在6种不同波长入射光的照射下，经过10个周期的开关循环，光电流密度一直保持稳定，没有发生衰减，说明制备的bi2o2se纳米片自供能光电探测器能够在零伏条件下持续工作，且性能稳定，循环特性良好。
[0031]
图4为bi2o2se纳米片自供能光电探测器的响应时间，由图4可知，以电流值上升到最大值的63%所需的时间为器件的上升时间、下降至最大值的37%所需的时间为器件的下降时间来计，该探测器的上升和下降时间分别为9 ms和12 ms，这说明bi2o2se纳米片自供能光电探测器的响应速度较快，且在短时间内形成大的光电流响应。