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自供能非鉛鈣鈦礦薄膜型探測器信息電子材料、能源材料。

關鍵詞： 光電探測器、自供能、非鉛、薄膜。

應用領域

紫外光探測

成果簡介

光電探測器將光信號轉化成電信號已經使用在成像、環境監測等領域，紫外探測器的實際應用更為廣泛，目前報道的紫外探測器大部分採用寬禁帶半導體材料ZnO, NiO 和TiO2等，但是基於這些材料製備的器件響應度較小，且響應時間較慢。由於有機-無機雜化鈣鈦礦(HOP)具有優異的光學和電學性能，近年來在光電子器件中的應用備受關注，在光電探測器領域也取得了較為出色的結果，但是材料本身含鉛帶來的毒性以及其本徵穩定性較差嚴重影響其實際應用。 雙鈣鈦礦Cs2AgBiBr6是一種新型非鉛鈣鈦礦材料，其穩定性好、毒性低、且載流子壽命較長，非常有利於製備高性能的光電探測器，但是存在的主要問題是較難製備高質量的雙鈣鈦礦薄膜。 在我們的研究中，針對如何製備高質量的 Cs2AgBiBr6薄膜這一關鍵科學問題進行研究。我們通過對其結晶過程進行調控，利用低壓輔助法首次製備出了高質量的非鉛雙鈣鈦礦Cs2AgBiBr6薄膜並製備了自供能的光電探測器，該器件可以在無外加偏壓的條件下工作，其兩個響應度的峰分別位於350 nm和435 nm，可以用於紫外A區域(320-400 nm)以及深藍光的探測。其響應度在350 nm可以達到0.11 A/W，同時響應時間小於3 ms，這一結果明顯優於基於傳統的氧化物半導體的紫外探測器。該器件具有非常出色的穩定性，在未封裝的條件下，在空氣中放置超過6個月後光電流沒有明顯的衰減，響應度也沒有明顯的變化。由於半導體器件在實際工作時會發熱，因此其熱穩定性也非常重要。於是，我們進一步測試了基於Cs2AgBiBr6薄膜的探測器的熱穩定性，其結果如圖1所示。可以看出未封裝的器件在85℃工作300個小時後，其光電流沒有明顯的衰減，說明基於該薄膜的探測器具有很好的熱穩定性，這為其商業化應用提供了有力保障。

基於Cs2AgBiBr6薄膜探測器在85℃加熱下的光電流響應 在機理研究研究方面，我們發現雙鈣鈦礦Cs2AgBiBr6薄膜中載流子的分離機制不同於傳統的鉛基有機-無機雜化鈣鈦礦材料。本實驗中，Cs2AgBiBr6薄膜中的光生載流子是在Cs2AgBiBr6/SnO2異質結的內建電場的驅動下在其界面分離的，這可以為未來非鉛雙鈣鈦礦光電子器件的結構設計提供幫助。

經濟效益與社會效益

我們製備的基於非鉛雙鈣鈦礦Cs2AgBiBr6薄膜的自供能紫外以及深藍光光電探測器穩定性好，響應度高，響應時間快，在紫外光探測以及成像領域具有較好的應用前景。所提供的薄膜製備方法可以與器件的大面積製備兼容，具有實用價值。