自供能非铅钙钛矿薄膜型探测器查看源代码讨论查看历史

来自 搜狐网 的图片

自供能非铅钙钛矿薄膜型探测器信息电子材料、能源材料。

关键词： 光电探测器、自供能、非铅、薄膜。

应用领域

紫外光探测

成果简介

光电探测器将光信号转化成电信号已经使用在成像、环境监测等领域，紫外探测器的实际应用更为广泛，目前报道的紫外探测器大部分采用宽禁带半导体材料ZnO, NiO 和TiO2等，但是基于这些材料制备的器件响应度较小，且响应时间较慢。由于有机-无机杂化钙钛矿(HOP)具有优异的光学和电学性能，近年来在光电子器件中的应用备受关注，在光电探测器领域也取得了较为出色的结果，但是材料本身含铅带来的毒性以及其本征稳定性较差严重影响其实际应用。 双钙钛矿Cs2AgBiBr6是一种新型非铅钙钛矿材料，其稳定性好、毒性低、且载流子寿命较长，非常有利于制备高性能的光电探测器，但是存在的主要问题是较难制备高质量的双钙钛矿薄膜。 在我们的研究中，针对如何制备高质量的 Cs2AgBiBr6薄膜这一关键科学问题进行研究。我们通过对其结晶过程进行调控，利用低压辅助法首次制备出了高质量的非铅双钙钛矿Cs2AgBiBr6薄膜并制备了自供能的光电探测器，该器件可以在无外加偏压的条件下工作，其两个响应度的峰分别位于350 nm和435 nm，可以用于紫外A区域(320-400 nm)以及深蓝光的探测。其响应度在350 nm可以达到0.11 A/W，同时响应时间小于3 ms，这一结果明显优于基于传统的氧化物半导体的紫外探测器。该器件具有非常出色的稳定性，在未封装的条件下，在空气中放置超过6个月后光电流没有明显的衰减，响应度也没有明显的变化。由于半导体器件在实际工作时会发热，因此其热稳定性也非常重要。于是，我们进一步测试了基于Cs2AgBiBr6薄膜的探测器的热稳定性，其结果如图1所示。可以看出未封装的器件在85℃工作300个小时后，其光电流没有明显的衰减，说明基于该薄膜的探测器具有很好的热稳定性，这为其商业化应用提供了有力保障。

基于Cs2AgBiBr6薄膜探测器在85℃加热下的光电流响应 在机理研究研究方面，我们发现双钙钛矿Cs2AgBiBr6薄膜中载流子的分离机制不同于传统的铅基有机-无机杂化钙钛矿材料。本实验中，Cs2AgBiBr6薄膜中的光生载流子是在Cs2AgBiBr6/SnO2异质结的内建电场的驱动下在其界面分离的，这可以为未来非铅双钙钛矿光电子器件的结构设计提供帮助。

经济效益与社会效益

我们制备的基于非铅双钙钛矿Cs2AgBiBr6薄膜的自供能紫外以及深蓝光光电探测器稳定性好，响应度高，响应时间快，在紫外光探测以及成像领域具有较好的应用前景。所提供的薄膜制备方法可以与器件的大面积制备兼容，具有实用价值。