阅读说明：本技术 一种硫化铜/氧化锌异质结柔性透明自驱动紫外光电探测器 (Copper sulfide/zinc oxide heterojunction flexible transparent self-driven ultraviolet photoelectric detector ) 是由 李谊 王跃 张�杰 杨秋月 韦晓静 马延文 于 2021-06-21 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种硫化铜/氧化锌异质结柔性透明自驱动紫外光电探测器,包括柔性透明衬底、硫化铜/氧化锌异质结活性层和电极层。将铜纳米线进行硫化处理,得到p型硫化铜层包裹的铜纳米线；在p型硫化铜层表面生长n型氧化锌纳米线层后制得硫化铜/氧化锌p-n异质结纳米线；将硫化铜/氧化锌p-n异质结纳米线喷涂于柔性透明衬底上,制得硫化铜/氧化锌p-n异质结薄膜活性层；在硫化铜/氧化锌p-n异质结薄膜活性层上沉积叉指结构透明电极,获得柔性透明自驱动紫外光电探测器。该紫外光电探测器的响应时间小于20 ms,透光度在80%以上,在不施加额外电压条件下显示出良好的紫外传感性能。(The invention relates to a copper sulfide/zinc oxide heterojunction flexible transparent self-driven ultraviolet photoelectric detector which comprises a flexible transparent substrate, a copper sulfide/zinc oxide heterojunction active layer and an electrode layer. Carrying out vulcanization treatment on the copper nanowire to obtain a copper nanowire wrapped by a p-type copper sulfide layer; growing an n-type zinc oxide nanowire layer on the surface of the p-type copper sulfide layer to prepare a copper sulfide/zinc oxide p-n heterojunction nanowire; spraying copper sulfide/zinc oxide p-n heterojunction nanowires on a flexible transparent substrate to obtain a copper sulfide/zinc oxide p-n heterojunction film active layer; and depositing an interdigital structure transparent electrode on the copper sulfide/zinc oxide p-n heterojunction film active layer to obtain the flexible transparent self-driven ultraviolet photoelectric detector. The response time of the ultraviolet photoelectric detector is less than 20 ms, the transmittance is more than 80%, and the ultraviolet photoelectric detector shows good ultraviolet sensing performance under the condition of not applying additional voltage.)

一种硫化铜/氧化锌异质结柔性透明自驱动紫外光电探测器

技术领域

本发明涉及一种硫化铜/氧化锌异质结自驱动柔性透明紫外光电探测器，属于纳米材料制备与紫外光电探测器

技术领域

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背景技术

紫外光电探测器是光电器件系统的关键器件，可广泛应用于火焰传感、光通信和环境监测等领域。便携式、可穿戴式是紫外光电探测器的重要发展方向。可穿戴紫外光电探测器应具有柔性、透明性、小尺寸和轻质等特征。此外，自驱动功能也是可穿戴紫外光电探测器的一个重要需求。因此，自驱动柔性透明紫外光电探测器引起了人们的广泛关注。

氧化锌材料具有成本低、带隙宽(3.37 eV)和结合能大 (60 meV)等特性，被认为是一种极具前景的紫外光探测器活性材料。基于氧化锌材料的紫外光电探测器，特别是自驱动器件，被人们广泛研究。基于纯氧化锌材料的紫外光电探测器由于氧化锌材料中存在大量的缺陷态，限制了器件中的电荷转移过程，通常表现出较差的光响应性能。基于氧化锌材料的p-n异质结材料和器件，具有响应时间低、开关比高等优势，是自驱动紫外光电探测器的理想选择。研究人员将氧化锌与不同的p型材料例如 Si、 GaN、 CuO、NiO等复合制备了多种p-n异质结材料，构筑了自驱动紫外光电探测器。然而，这些器件大多基于薄膜p-n异质结和电极，导致响应速度有限，透明度低，灵活性差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种响应速度快、稳定性高、透明度高的柔性透明自驱动紫外光电探测器，以用于具有耐弯折、抗拉伸和透明性需求的可穿戴电子设备。

本发明提供的一种硫化铜/氧化锌异质结柔性透明自驱动紫外光电探测器，由内至外依次包括衬底、硫化铜/氧化锌p-n异质结活性层和电极层。所述衬底上喷涂有网格结构的硫化铜/氧化锌p-n异质结活性层，所述硫化铜/氧化锌p-n异质结活性层上通过掩膜板图案化喷涂沉积的叉指结构形成电极层，最终获得自驱动柔性透明紫外光电探测器器件。

进一步，所述衬底为透明柔性材料制成，所述透明柔性材料包括PET、PDMS、PI和TPU。

进一步，所述硫化铜/氧化锌p-n异质结活性层为硫化铜/氧化锌p-n异质结纳米线喷涂在柔性透明衬底表面以形成的网格结构。

进一步，所述硫化铜/氧化锌p-n异质结纳米线通过将铜纳米线进行硫化处理制备得具有p型硫化铜层，并在p型硫化铜层表面生长n型分支状氧化锌层纳米线阵列而获得。

进一步，所述p型硫化铜层为薄膜或纳米线结构。

进一步，所述p型硫化铜层的厚度为0.3-1 μm；n型氧化锌层为分支状纳米线阵列结构，通过水热法在硫化铜层表面生长制备，厚度为0.2-0.6 μm。

进一步的，所述硫化铜/氧化锌p-n异质结活性层为纳米线网格结构，通过喷涂技术沉积于柔性透明衬底表面，厚度为1-2 μm，透光度>85%。

进一步的，所述电极层为叉指结构柔性透明导电薄膜，其方阻为2-25Ω.sq^–1。

进一步的，所述叉指结构柔性透明导电薄膜通过掩膜板在硫化铜/氧化锌p-n异质结活性层表面图案化喷涂沉积制备；柔性透明导电薄膜中导电材料为金纳米线、银纳米线、铜纳米线或碳纳米管

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：该自驱动柔性透明紫外光电探测器采用铜纳米线为基体上连续生长的硫化铜/氧化锌p-n异质结纳米线为活性材料，具有活性比表面积高、紫外光吸收率高等优势。该自驱动柔性透明紫外光电探测器采用一维纳米材料纳米网格柔性透明电极作为电极层，具有紫外光透过率高、柔韧性好等优势。该自驱动柔性透明紫外光电探测器具有响应时间短、透明度高和柔韧性高的特点，响应时间小于20 ms，透明度大于80%，在弯折10000次后性能未发生明显衰减。该自驱动柔性透明紫外光电探测器采用低成本全溶液过程构筑，制备工艺简单、成本低，具有良好的大规模推广和应用前景。

附图说明

图1是硫化铜/氧化锌p-n异质结材料的SEM图。

图2是柔性透明自驱动紫外光电探测器的紫外光探测性能。

具体实施方式

下面对发明进行进一步的说明

实施例1

（1）铜纳米线上生长p型硫化铜层

将0.1 g铜纳米线加入乙醇的硫饱和溶液，60 °C下反应8-10 h，得到铜纳米线表面覆盖p型硫化铜薄膜的材料。

（2）硫化铜/氧化锌p-n异质结纳米线的制备：

1）氧化锌晶种制备：将0.055 g二水乙酸锌溶于50 ml乙醇中，得到5 mM晶种溶液。将晶种溶液滴涂在硫化铜/铜纳米线上，并在80 ℃下水浴加热40 min，获得氧化锌晶种附着在硫化铜/铜纳米线上的样品。

2）氧化锌生长液配制：取1.4 g六次甲基四胺和2.98 g六水合硝酸锌分别溶解在100 mL的去离子水中；将完全溶解后的两种溶液混合，加入0.2 ml聚乙烯亚胺，搅拌五分钟，获得50 mM的氧化锌生长液。

3）氧化锌纳米线的生长：将0.05 g附着有氧化锌晶种的硫化铜/铜纳米线加入装有200 mL 氧化锌生长液的反应釜中， 95℃水浴加热条件下，生长1-3 h，制得硫化铜/氧化锌p-n异质结材料。

（3）柔性透明自驱动紫外光探测器的构筑

首先，将PET衬底进行等离子体表面处理；然后，将硫化铜/氧化锌p-n异质结纳米线的乙醇分散液采用喷涂方式均匀沉积于处理过的PET衬底，获得具有纳米线网格结构的硫化铜/氧化锌异质结薄膜。最后，在硫化铜/氧化锌异质结纳米线薄膜表面通过掩膜版图案化沉积叉指结构的银纳米线透明电极层，制得柔性透明自驱动紫外光探测器。

实施例2

（1） 铜纳米线上生长p型硫化铜层：将0.1 g铜纳米线加入乙醇的硫饱和溶液，80°C下反应12-16 h，得到铜纳米线表面覆盖p型硫化铜纳米线的材料。

（2）硫化铜/氧化锌p-n异质结纳米线的制备：

1）氧化锌晶种制备：将0.055 g二水乙酸锌溶于50 ml乙醇中，得到5 mM晶种溶液。将晶种溶液滴涂在硫化铜/铜纳米线上，并在80 ℃下水浴加热40 min，获得氧化锌晶种附着在硫化铜/铜纳米线上的样品。

2）氧化锌生长液配制：取1.4 g六次甲基四胺和2.98 g六水合硝酸锌分别溶解在100 mL的去离子水中；将完全溶解后的两种溶液混合，加入0.2 ml聚乙烯亚胺，搅拌五分钟，获得50 mM的氧化锌生长液。

3）氧化锌纳米线的生长：将0.05 g附着有氧化锌晶种的硫化铜/铜纳米线加入装有200 mL 氧化锌生长液的反应釜中， 95℃水浴加热条件下，生长1-3 h，制得硫化铜/氧化锌p-n异质结纳米线材料。

（3）柔性透明自驱动紫外光探测器的构筑：首先，将PET衬底进行等离子体表面处理；然后，将硫化铜/氧化锌p-n异质结纳米线材料的乙醇分散液采用喷涂方式均匀沉积于处理过的PET衬底，获得具有纳米线网格结构的硫化铜/氧化锌异质结薄膜。最后，在硫化铜/氧化锌异质结纳米线薄膜表面通过掩膜版图案化沉积叉指结构的银纳米线透明电极层，制得柔性透明自驱动紫外光探测器。

上述制备过程中，透明柔性材料包括PET、PDMS、PI和TPU。柔性透明导电薄膜中导电材料可以是金纳米线、银纳米线、铜纳米线或碳纳米管。

本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。