当前位置: 首页  >  科学研究  >  科研动态

科研动态

澳门威斯尼app下载杨盛谊教授团队在钙钛矿纳米晶的自供电光电探测器及叠层光电探测器方面取得重要进展

发布日期:2020年06月08日

   因可应用于成像、火焰检测、水净化和空间通信等领域,特别是多色光检测,宽谱带光电探测器受到了人们的极大关注。然而,目前已报道的自供电宽谱带光电探测器的探测性能(如响应度和探测率)较低而无法投入商业应用。最近,澳门威斯尼app下载杨盛谊教授课题组提出了一种采用溶液法制备的高性能自供电光电探测器ITO/CH3NH3PbI3(MAPbI3)/Ag,在可见光至近红外光的光谱范围内均可实现有效探测,且性能稳定。

  通常,自供电光探测器是通过非对称电极调制技术(如肖特基结、PN结及异质结的内建电场)来实现电子-空穴对的分离。此外,由于钙钛矿材料具有带隙可调、载流子寿命长、吸收系数高、激子结合能低、载流子扩散长度长、缺陷密度低及可采用低成本的溶液法制备等优点而成为高性能自供电光电探测器的热门备选材料。在光电器件领域,CH3NH3PbI3已成为钙钛矿家族中极具应用前景的材料。但由于CH3NH3+的低温制备及吸湿特性,CH3NH3PbI3在潮湿环境中极易分解为PbI2和CH3NH3I,而纳米结构的钙钛矿材料则更加不稳定。为了克服这个问题,他们采用配体辅助再沉淀(Ligand-assisted reprecipitation,LARP)方法并结合超声波技术(Ultrasonication technique),制备出了可在空气中可稳定存在的CH3NH3PbI3纳米晶,并以此为光吸收材料制备出了高性能的自供电光电探测器。

  相关工作得到了《 材料科学前沿》以“北理杨盛谊团队:空气中稳定的有机-无机钙钛矿纳米晶的制备及其在自供电宽谱带光电探测器中的重要应用”为题目进行了及时新闻报道(https://mp.weixin.qq.com/s/kZwNfVkeLH3Kx3vwkk-eHA)。相关论文以“Solution-Processed, Self-Powered Broadband CH3NH3PbI3 Photodetectors Driven by Asymmetric Electrodes”为题,在线发表在 《 Advanced Optical Materials 》 (DOI: 10.1002/adom.202000215)上。

  

  图1 (a)基于CH3NH3PbI3的自供电光电探测器的成像器件结构示意图;(b)成像器件在365 nm紫外光照射下的成像图片;(c)成像器件在白光照射下的光电流位置图;(d) 成像器件在近红外光照射下的光电流位置图

  另外,在原来用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜作为叠层器件的夹层(Interlayer)来抑制暗电流进而提高光电探测器性能(Nanotechnology 2019, 30(46): 465203)的基础上,杨盛谊教授课题组提出将Au纳米颗粒掺入PMMA中作为夹层既可以抑制暗电流也可以提高光电流,从而为进一步提高叠层光电探测器的探测性能提供了解决方案。

  图2所示为含PMMA:Au夹层的叠层光电探测器能带图及其载流子传输示意图和横截面SEM图。他们研究发现,由于PMMA:Au夹层的插入,叠层光电探测器的暗电流得到了很大程度的抑制,而其光电流也得到了很大程度的提高。当叠层光电探测器两端施加一定的偏压时,光生电子被右侧的ZnO提取后会直接流向Ag电极;而光生空穴则在被PEDOT:PSS提取后则直接流向ITO电极。在-1V偏压下以及300 μW/cm2的532 nm激光照射下,其归一化探测率高达2.4?1015 Jones,而该结构的单节光电探测器在相同条件下的归一化探测率却只有1.82?1012 Jones。可见,PMMA:Au夹层起到了电子“存储节点”的作用,因而能极大地提高了光电探测器的性能。该研究的最大意义在于,通过简单的制备即可得到具有电子“存储节点”作用的夹层材料(如PMMA:Au),它能极大地抑制暗电流并提高光电流,因而能提高光电探测器的探测性能。这为制备高性能光电探测器提供了重要思路。

  

  图2 (a)含PMMA:Au夹层的叠层光电探测器能带图及其载流子传输示意图;(b) 该光电探测器的横截面SEM图

  同样地,相关工作得到了《 材料科学前沿》以“一种提高光电探测器探测性能的解决方案”为题目进行了及时新闻报道(https://mp.weixin.qq.com/s/lHGmM8r5zPhkQR9zWrWlsQ)。相关论文以“Interlayer of PMMA doped with Au nanoparticles for high-performance tandem photodetectors: A solution to suppress dark current and maintain high photocurrent”为题,在线发表在《ACS Applied Materials and Interfaces》(DOI: 10.1021/acsami.0c04093)上。

  参考文献:

  [1] Chandrasekar Perumal Veeramalai, Shengyi Yang,* Ruonan Zhi, Muhammad Sulaman, Muhammad Imran Saleem, Yanyan Cui, Yi Tang, Yurong Jiang, Libin Tang, and Bingsuo Zou, Solution-Processed, Self-Powered Broadband CH3NH3PbI3 Photodetectors Driven by Asymmetric Electrodes, Adv. Optical Mater. 2020, 2000215. DOI: 10.1002/adom.202000215

  《 材料科学前沿》新闻报道:

  (https://mp.weixin.qq.com/s/kZwNfVkeLH3Kx3vwkk-eHA)

  [2] Muhammad Sulaman, Yong Song*, Shengyi Yang*, Muhammad Imran Saleem, Maoyuan Li, Chandrasekar Perumal Veeramalai, Ruonan Zhi, Yurong Jiang, Yanyan Cui, Qun Hao, Bingsuo Zou, Interlayer of PMMA doped with Au nanoparticles for high-performance tandem photodetectors: A solution to suppress dark current and maintain high photocurrent. ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, https://doi.org/10.1021/acsami.0c04093

  《 材料科学前沿》新闻报道:

  (https://mp.weixin.qq.com/s/lHGmM8r5zPhkQR9zWrWlsQ)

XML 地图 | Sitemap 地图