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先进成像与数据挖掘团队在光电探测器研究方面取得新进展

发布者:物光学院发布时间:2020-12-14浏览次数:463

  近日,我院先进成像与数据挖掘实验室研究生王仁东在微纳光电探测器研究方面取得新进展,无需昂贵的真空气相沉积系统,该研究采用环境友好的溶剂在固体基底上生长了CsPb2Br5纳米片,通过温度调控解决一般溶液法制备导致的纳米片堆聚问题,而且避免了油胺等有机分子的存在阻碍载流子传输的问题。研究表明,这种方法可以成功在各种材质基底上生长均匀纳米片,较低的生长温度更加其均匀性。空间和时间分辨荧光测量揭示纳米片在不同微区内荧光强度分布和缺陷状态。基于CsPb2Br5纳米片的光电探测器和柔性探测器表现出良好的光电性能和稳定性。制造的光电探测器具有9×102的大开/关比,响应速度快,恢复时间分别为4383 ms。并首次制备金字塔形的CsPb2Br5纳米片光电探测器,光响应14 mA / W。在柔性基底上制造的CsPb2Br5纳米片的光电探测器表现出出色的环境稳定性和机械稳定性。研究成果以“All-Inorganic Perovskite CsPb2Br5 Nanosheets for Photodetector Application Based on Rapid Growth in Aqueous Phase”为题发表在国际权威期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》(中科院分区1top,影响因子:8.456)上,通讯作者为刘云燕。

 


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2. (a)(d)(g)分别是在25 °C45 °C55 °C的衬底温度下制备的CsPb2Br5纳米薄片的SEM图像。(b)(e)(h)分别为(a)(d)(g)的不同放大倍数图像。(c)(f)(i)是三种不同温度下的对应的粒度分布直方图。

 

  SEM测量显示(图2),在不同温度下CsPb2Br5纳米片的形态和尺寸的显著差异。随着基底温度从25-50 °C升高,四方形纳米片的成核密度逐渐降低,但纳米片的尺寸从10 μm以下增加到大于30 μm,当衬底温度达到55 °C时,金字塔状形态代替了平坦的纳米片,其平均横向尺寸约为14 μm

 

3 (a)基于CsPb2Br5纳米片的光电探测器在不同入射光功率下的I-V特性。(b)偏置电压为5V时,光电流对光功率密度的依赖关系。插图:制作好的光电探测器的显微镜图像。(c)光强为7.33 mW mm-2、偏置电压为5 V405 nm激光照射下的时变光电流测量。(d)光电流上升和下降时间。(e)不同电压下的I-T测量,光强为7.33 mW mm-2(f) CsPb2Br5纳米薄片在室温空气中的稳定性测定

 

3所示的I-V特性曲线的线性和对称特征表明,CsPb2Br5纳米片与金电极之间具有良好的欧姆接触。当光源处于“关闭”状态时,光电探测器的暗电流极低,约为0.204 nA。随着光源“开启”,探测器的光电流迅速增加到饱和值0.183μA,并获得9×102的高开/关比,具有较快的响应速度(4383 ms的上升和下降时间)。在大气环境中存储约3个月后,得益于CsPb2Br5纳米片的高稳定性,该光电探测器表现出出色的环境稳定性。

 

4. (a) ITO-PET衬底上基于CsPb2Br5纳米片的光电探测器的光学图像。插图:CsPb2Br5纳米片的光学图像。标尺是50 μm(b) CsPb2Br5纳米片用405 nm波长激光在不同入射光功率下的I-V特性。(c)在不同弯曲角度下测量的I-V特性。插图:弯曲实验示意图。(d)折弯50/100 /200/300/500次前后测得的器件随时间变化的光响应。

 

如图4 (a)-d)所示,基于CsPb2Br5纳米片的柔性光电探测器也表现出良好的光响应。随着弯曲角度的增加,光电流会略有下降,但仍保持稳定,这清楚表明该柔性光电探测器基底和CsPb2Br5纳米片之间出色的应力释放能力。如图(d)所示,在500次弯曲之后,光电流保持其初始特性的82%,这进一步证明了探测器的显著稳定性和实际应用的潜力。光电流和相应弯曲角度的依赖性可以用线性方程表示:y = 1.79-0.021x,这表明光电流对弯曲角度的依赖性很大。带隙在应变作用下的变化是光电流降低的直接原因。


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