一种基于激光诱导石墨烯/钙钛矿的光电探测器的制备方法

技术领域

本发明属于光电器件技术领域，具体设计一种基于激光诱导石墨烯/钙钛矿的光电探测器的制备方法。

背景技术

光热电效应实质上是塞贝克效应和光热效应的耦合，能够在没有直接外部热源的情况下实现热电输出。早在1954年就有关于太阳能热电发电机的报道，但是这类装置的设备昂贵、效率不高[Telkes M. Solar Thenrmoelectric Generators [J]. Journal ofApplied Physics. 1954. 25(6)]。2011年，美国麻省理工学院的D.Kraemer等人制备得到了一种平面热电发电组件，该模块发电效率可达4.6%，但是由于其刚性结构和笨重的组件，使得该器件并不适用于可穿戴电子设备[Kranmer D, Poudel B, Feng H P,et al. High-performance flat-panel solar thermoelectric generators with high thermalconcentration [J]. Nat Mater. 2011. 10(7):532-538]。2015年，北京航空航天大学的W.Zhu等人制备了Bi-Te基分层结构的柔性热电发电器件，该器件的中间有热吸收层，可用于吸光发热，在入射光强度为120mW/cm

激光直写技术（DLW）的开发解决了上述提到的器件笨重，设计复杂等问题。与传统的电子制造技术相比，直接激光写入技术是一种制备方法简单，无需掩膜，作为非接触式和无掩模制造该技术特别适用于高通量和大规模制造廉价的柔性电子产品。2014年，莱斯大学材料科学与纳米工程系的Lin等人用二氧化碳激光通过DLW在聚酰亚胺薄膜（PI）上制备三维多孔石墨烯电极。结果表明，DLW工艺可以在聚酰亚胺（PI）膜上直接诱导石墨烯，具有操作简单，加工速度快，图案化精度高的优点。其中石墨烯是一种碳基二维材料，具有极高的比表面积（2630 m

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的缺陷和不足，提出一种基于激光诱导石墨烯/钙钛矿的光电探测器的制备方法。该方法成本低，工艺简单，可用于柔性可穿戴设备。

为实现上述目的，本发明采用以下技术措施构成的技术方案来实现的。

本发明所述的基于激光诱导石墨烯/钙钛矿的光电探测器的制备方法，工艺步骤如下：

（1）图案化激光诱导石墨烯的制备：

将基底材料置于激光直写加工系统上进行扫描辐照，利用激光直写技术，同时按照设计好的探测器图案，控制激光直写参数，得到激光诱导石墨烯薄膜；

（2）钙钛矿溶液的涂敷：

采用旋涂法将钙钛矿溶液均匀的涂至步骤（1）制备的激光直写区域的中间部分，然后将该器件置于烘箱中，直至钙钛矿悬涂液完全附着于探测器结构上，得到激光诱导石墨烯和钙钛矿的复合结构；

（3）器件封装

最后光电探测器进行封装，将封装材料覆盖于（2）中复合区域，利用粘结剂对封装材料边缘进行粘连，至此一个激光诱导石墨烯/钙钛矿光电探测器制备完成。

上述方法中步骤（1）所述的激光诱导石墨烯/钙钛矿光电探测器的制备方法，其特征在于采用的激光器可以为半导体激光器、二氧化碳激光器或飞秒激光器等。

上述方法中步骤（2）所述的于激光诱导石墨烯/钙钛矿光电探测器的制备方法，其特征在于采用的钙钛矿溶液可以为CH

上述方法中步骤（3）所述的基于激光诱导石墨烯/钙钛矿的光电探测器的制备方法，其特征在于采用的激光器波长为红外光。

上述方法中步骤（3）所述的激光诱导石墨烯/钙钛矿光电探测器的封装方法，其特征在于采用的封装材料包括聚二甲基硅氧烷PDMS、或聚氨酯PU材料。

与现有技术相比，本发明具有如下的优点：

1.本发明将激光直写聚酰亚胺制备石墨烯和钙钛矿相结合，制备了一种光电探测器件，该探测器可探测肉眼不可见的红外光。

2.制造过程简单快捷，可应用于大规模生产。

3.器件厚度薄，易于弯曲，具备一定柔性，器件面积仅为1.6cm

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明的装置截面结构示意图；

图2为本发明的制备过程示意图；

图3为本发明的光电响应测试图。

图中，1-聚酰亚胺薄膜，2-激光直写制备的石墨烯层，3-钙钛矿层，4-封装层，5-导线，6-激光器辐照，7-外部线路。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

图1是本发明的制备流程方框示意图，以下部分也是对此技术路线中的各个内容进行的详细描述。

（1）图案化激光诱导石墨烯的制备：

通过半导体激光器进行激光直写探测器件图案。其中半导体激光器的的波长为450 nm，直写时采用的速率为100 mm/s，功率为1750 mW。直写过程采用横向扫描的形式，激光直写的图案通过电脑端进行设计，再导入到EasyEngrave软件中，通过软件控制进行激光直写。450 nm激光作用在聚酰亚胺薄膜，将聚酰亚胺薄膜诱导为石墨烯材料，该材料导热性能高，能够快速传递热效应。直写出的结构由图2（b）所示，面积为1.424cm

（2）钙钛矿溶液的涂敷

将黄色透明CH

（3）器件封装

利用PDMS薄膜对光电探测器进行封装。如图2(d)所示引出导线，将PDMS覆盖于探测器顶端与底端，利用粘结剂对PDMS边缘进行粘连，至此一个基于激光诱导石墨烯/钙钛矿的光电探测器制备完成。测试基于激光诱导石墨烯/钙钛矿的光电探测器的红外光探测性能的I-t曲线由图3所示，采用980nm光纤激光器发出的功率为871mW的红外光进行测试。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。