NML研究文章 | 高灵敏快速FAPbBr3微米晶光探测器

【引言】

FAPbX3钙钛矿材料具有良好的热稳定性和优异的载流子输运特性,性能优于传统的CH3NH3-PbX3(MAPbX3) 钙钛矿光电材料。然而,基于FAPbX3的原型器件目前还未见报道。

本文亮点

1   氟代甲脒三卤化铅(FAPbBr3)钙钛矿微米晶有利于提高光探测器中的载流子输运。

2    本工作合成的FAPbBr3具有良好的光响应性、外量子效率和探测灵敏度。

3    FAPbBr3光探测器的双光子性能优于文献报道的MAPbBr3光探测器性能。


内容简介

FAPbX3钙钛矿材料具有良好的热稳定性和优异的载流子输运特性,性能优于传统的CH3NH3-PbX3(MAPbX3) 钙钛矿光电材料。然而,基于FAPbX3的原型器件目前还未见报道。中科院大连物化研究院邓伟侨和西南大学何荣幸等人制备了基于FAPbX3钙钛矿微米晶的光探测器件,该器件的光响应率达到4000 A/W,比文献报道的FA钙钛矿光探测器高2个数量级。单光子激发下外量子效率高达106%,对应的光探测灵敏度为1014 JonesFAPbX3光探测器件在800-nm激发波长、双光子吸收条件下下的光响应率达到0.07 A/W,比同条件下MAPbBr3光探测器高4个数量级。此外,FAPbX3光探测器的响应时间低于1 s。该研究说明FAPbX3是一种非常优异的快速灵敏光探测器光电材料,为进一步的研发提供了原型器件和相关数据。


图文导读

1  FAPbBr3的结构与光电性能

用改进的抗溶剂辅助反相温度结晶法合成FAPbBr3 MCs。为了便于去除溶剂并形成均匀的结晶膜,将1M前驱体(等摩尔FABr和PbBr2溶于混合溶剂中)在DMF中稀释三次。

然后加入反溶剂甲苯以获得饱和溶液,将该饱和溶液在80℃下搅拌以加速成核并增加互连晶体的产率。

2  FAPbBr3光探测器件的光电性能测试

FAPbBr3MC覆盖了整个有源区域,由于与ITO电极接触而形成肖特基势垒。一旦将电压施加到检测器装置,分别在有源层和电极/钙钛矿界面处发生离子迁移和载流子俘获。这表明FAPbBr3MC和ITO电极之间的有欧姆接触。阴极收集大量光生空穴,而阳极上的空穴注入活性层,显示出器件的光电导性。3    双光子激发下的器件性能表征

钙钛矿作为光学限制效应,超快光学信号表征,显微镜和光刻的非线性半导吸收体,也引起了极大的关注。

因此该研究在双光子激发下对器件进行了表征,其中光电流由800 nm脉冲激光产生,其光子能量远小于FAPbBr3的带隙(2.18 eV)。


作者简介

主要研究方向:

① 微孔高分子材料:氢气/甲烷储存;CO2捕获;水处理;微孔催化。
② 太阳能电池材料:染料敏化太阳能电池;钙钛矿太阳能电池。

主要研究方向:

分子光谱与光化学;分子激发态动力学;不对称催化反应机理。


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