一种柔性非铅钙钛矿探测器及气体检测系统

本发明属于气体检测，具体涉及一种柔性非铅钙钛矿探测器及气体检测系统。

背景技术：

1、铯铜卤化物钙钛矿薄膜可用溶液法制备，工艺简单，成本低，可制作柔性器件，其相应的吸收边属于紫外区域，现在可以从各种途径得到高质量的单晶块材和外延薄膜，加之其热稳定性好、抗辐射能力优异，已成为制备光电探测器的一种理想选择。

2、目前大多数光电探测器都是在刚性衬底(如玻璃)上构筑的，其具有易碎、价格昂贵以及苛刻的制备工艺和工作环境等诸多缺点，在柔性、可拉伸光电集成系统领域的应用受到了极大地限制。相比之下，柔性光电探测器能够满足下一代光电子器件在轻量化设计、易于携带、优异的移植性、大面积兼容性、更高的可扩展性以及低制备成本等方面的需求。

3、相关研究表明，将合适的聚合物掺入钙钛矿材料可以提高相应发光二极管和光电探测器件的性能。钙钛矿/聚合物复合材料不仅能够降低钙钛矿中的缺陷，还能提高钙钛矿的成膜质量。光电探测器中的感光层的薄膜质量对器件性能的影响较大，薄膜质量越高，光生载流子传输的效率越高，器件的响应性能越好。但同时cscu2i3薄膜中的缺陷会捕获光生载流子，降低器件两侧电极对光生载流子的收集效率，影响器件的响应性能。因此如何通过一定的缺陷钝化策略来减少钙钛矿薄膜的缺陷，使薄膜变得更加致密，同时钝化缺陷，提高光生载流子的传输效率，是本技术领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种柔性非铅钙钛矿探测器及气体检测系统，解决了现有技术中的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种柔性非铅钙钛矿探测器，是通过在pen/ito柔性衬底上旋涂碱离子钝化的非铅钙钛矿前驱体溶液，并在滴加反溶剂，形成薄膜，最后经退火制备而成。

4、进一步地，所述碱离子是li+、na+、k+、rb+、cu+、cs+中的任意一种或多种；所述反溶剂为甲苯、氯苯、乙酸甲酯、乙酸乙酯中的一种。

5、进一步地，所述碱离子钝化的非铅钙钛矿前驱体溶液，是通过将碘化铯、碘化铜、氯化铯、氯化亚铜、溴化铯、溴化亚铜、溴化铋、氯化铋、溴化锑、氯化锑、四溴化锡和四氯化锡中的任意两种，溶解于dmf和/或dmso中，并加入peo溶液，经搅拌、溶解、过滤得到。

6、一种柔性非铅钙钛矿探测器的制备方法，包括以下步骤：

7、s1，分别采用洗洁剂、去离子水、丙酮、异丙醇超声清洗pen/ito柔性衬底；

8、s2，将清洗后的pen/ito柔性衬底吹干，随后置于uv-臭氧气氛中处理；

9、s3，使用碱离子钝化的非铅钙钛矿前驱体溶液旋涂在pen/ito柔性衬底上，旋涂过程中滴加反溶剂，形成薄膜，然后退火形成柔性非铅钙钛矿探测器。

10、进一步地，所述碱离子钝化的非铅钙钛矿前驱体溶液，是通过将碘化铯、碘化铜、氯化铯、氯化亚铜、溴化铯、溴化亚铜、溴化铋、氯化铋、溴化锑、氯化锑、四溴化锡和四氯化锡中的任意两种固体，溶解于dmf和/或dmso中，并加入peo溶液进行搅拌过滤得到。

11、进一步地，所述碱离子钝化的非铅钙钛矿前驱体溶液的制备过程包括：将摩尔比为1：(1-2)的csi和cui溶解在dmf和/或dmso中，得到浓度为0.5-1m的前驱体溶液；并加入浓度为10-13mg/ml的peo溶液，经搅拌、溶解、过滤得到。

12、进一步地，过滤使用ptfe 0.22μm过滤器。

13、进一步地，旋涂工艺包括持续4-5秒的500-600rpm转速和持续40-55秒的3000rpm转速，且在距离旋涂结束剩余15-20s时滴加反溶剂。

14、进一步地，反溶剂为甲苯、氯苯、乙酸甲酯、乙酸乙酯中的一种。

15、一种气体检测系统，包括两个上述柔性非铅钙钛矿探测器，还包括激光器和上位机，上位机控制激光器驱动信号输出的频率幅值信息，激光器的一侧电性连接有耦合器，耦合器将激光器射出的激光分为两路分别入射到气室和可调节光纤衰减器中，然后在分别入射到两个所述柔性非铅钙钛矿探测器，且两束激光都通过准直镜置于聚焦透镜焦点处；

16、两路信号通过两个柔性非铅钙钛矿探测器分别输出的电流信号，经过放大电路模块对其信号进行放大，通过差分模块和锁相器模块对其信号进行分析，再将锁相器得到的二次谐波信号输入到计算机控制单元进行实时分析。

17、本发明的有益效果：

18、1、本发明是通过控制peo的掺杂浓度来减少cscu2i3薄膜中的空隙，使薄膜变得更加致密，并提高了机械稳定性，同时钝化缺陷，提高光生载流子的传输效率。从而能够提升传统气体浓度检测的准确性和稳定性。

19、2、本发明所述的柔性探测器区别于传统探测器，其不含有对环境有害的铅元素，因此较为绿色环保，有利于环境的可持续发展。

20、3、本发明所述柔性探测器采用溶液法制备，工艺简单，成本低廉，操作简便，重复性好，能够更有利的降低传统气体浓度检测系统的成本，能够更好的应用于市场，便于后续工业化生产。

技术特征：

1.一种柔性非铅钙钛矿探测器，其特征在于，是通过在pen/ito柔性衬底上旋涂碱离子钝化的非铅钙钛矿前驱体溶液，并在滴加反溶剂，形成薄膜，最后经退火制备而成。

2.根据权利要求1所述的一种柔性非铅钙钛矿探测器，其特征在于，所述碱离子是li+、na+、k+、rb+、cu+、cs+中的任意一种或多种；所述反溶剂为甲苯、氯苯、乙酸甲酯、乙酸乙酯中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种柔性非铅钙钛矿探测器，其特征在于，所述碱离子钝化的非铅钙钛矿前驱体溶液，是通过将碘化铯、碘化铜、氯化铯、氯化亚铜、溴化铯、溴化亚铜、溴化铋、氯化铋、溴化锑、氯化锑、四溴化锡和四氯化锡中的任意两种，溶解于dmf和/或dmso中，并加入peo溶液，经搅拌、溶解、过滤得到。

4.一种柔性非铅钙钛矿探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种柔性非铅钙钛矿探测器的制备方法，其特征在于，所述碱离子钝化的非铅钙钛矿前驱体溶液，是通过将碘化铯、碘化铜、氯化铯、氯化亚铜、溴化铯、溴化亚铜、溴化铋、氯化铋、溴化锑、氯化锑、四溴化锡和四氯化锡中的任意两种固体，溶解于dmf和/或dmso中，并加入peo溶液进行搅拌过滤得到。

6.根据权利要求4所述的一种柔性非铅钙钛矿探测器的制备方法，其特征在于，所述碱离子钝化的非铅钙钛矿前驱体溶液的制备过程包括：将摩尔比为1：(1-2)的csi和cui溶解在dmf和/或dmso中，得到浓度为0.5-1m的前驱体溶液；并加入浓度为10-13mg/ml的peo溶液，经搅拌、溶解、过滤得到。

7.根据权利要求6所述的一种柔性非铅钙钛矿探测器的制备方法，其特征在于，过滤使用ptfe 0.22μm过滤器。

8.根据权利要求4所述的一种柔性非铅钙钛矿探测器的制备方法，其特征在于，旋涂工艺包括持续4-5秒的500-600rpm转速和持续40-55秒的3000rpm转速，且在距离旋涂结束剩余15-20s时滴加反溶剂。

9.根据权利要求8所述的一种柔性非铅钙钛矿探测器的制备方法，其特征在于，反溶剂为甲苯、氯苯、乙酸甲酯、乙酸乙酯中的一种。

10.一种气体检测系统，包括两个权利要求8所述的柔性非铅钙钛矿探测器，其特征在于，还包括激光器和上位机，上位机控制激光器驱动信号输出的频率幅值信息，激光器的一侧电性连接有耦合器，耦合器将激光器射出的激光分为两路分别入射到气室和可调节光纤衰减器中，然后在分别入射到两个所述柔性非铅钙钛矿探测器，且两束激光都通过准直镜置于聚焦透镜焦点处；

技术总结
本发明公开一种柔性非铅钙钛矿探测器及气体检测系统，属于气体检测技术领域；探测器是通过在PEN/ITO柔性衬底上旋涂碱离子钝化的非铅钙钛矿前驱体溶液，并在滴加反溶剂，形成薄膜，最后经退火制备而成；在气体检测系统设置两个柔性非铅钙钛矿探测器，耦合器将激光器射出的激光分为两路分别入射到气室和可调节光纤衰减器中，然后分别入射到两个探测器，之后两路信号输出的电流信号，经过放大电路模块进行信号放大，通过差分模块和锁相器模块对其信号进行分析，再将锁相器得到的二次谐波信号输入到计算机控制单元进行实时分析，从而实现气体浓度的检测；引入碱离子来抑制光生载流子的非辐射复合，提高光响应性能，更进一步的提升气体检测的准确性。

技术研发人员：潘江涌,王柄淇,魏宇炀,高正浩,韩杰炜,朱军,陆佳,顾辉,汪丽茜
受保护的技术使用者：南京信息工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17