铯铜碘钙钛矿/氧化锌异质结构的光电特性及柔性光探测研究

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近年来,卤化铅钙钛矿因其长载流子扩散长度,强光吸收,可调谐带隙等出色的光物理性能被广泛用于光电子器件中。然而卤化铅钙钛矿的固有毒性及易受环境影响,限制了其大规模应用。全无机卤化铜钙钛矿因其低毒性以及良好的热和化学稳定性,最近作为卤化铅钙钛矿的替代材料受到了科研人员的广泛关注,其中低维碘化铯铜纳米结构(如Cs3Cu2I5量子点和Cs Cu2I3纳米柱)由于高激子结合能和出色的紫外光吸收能力,在紫外光电子器件中具有很高的应用潜力。然而单一组分碘化铯铜光响应度低,响应速度慢等问题限制了其在高性能光探测中的应用,提高其紫外光电性能的最佳方法之一就是将它与其它宽带隙半导体材料组合制备成异质结构。Zn O由于其宽带隙,高载流子迁移率和可溶液加工性,是制备紫外日盲区光电子器件的理想材料。因此,本文提出了基于铯铜碘量子点/氧化锌量子点(Cs3Cu2I5/Zn O)和一维铯铜碘纳米柱/氧化锌量子点(Cs Cu2I3 NRs/Zn O)的两种异质结构。通过结合不同材料及维度的优势,弥补单一组分氧化锌和铯铜碘光电性能的不足,为高性能紫外光电子器件提供了研究新思路。本文主要研究内容如下:1.采用低温溶液法结合液相薄膜技术制备了Cs3Cu2I5/Zn O异质结构。该异质结构通过在Zn O量子点薄膜上旋涂Cs3Cu2I5量子点,减少Zn O与氧气和水分的进一步接触,从而提升载流子输运性能。另外,与Cs3Cu2I5量子点的低暗电流和深紫外吸收结合,此异质结构表现出增强的光暗电流比以及将光响应区间拓展至紫外日盲区的优势。结果表明,在280 nm的光照下,获得了高达1.26×1011 Jones的光探测率。在经过300次及180度折叠后,光电流基本保持不变。2.制备了Cs Cu2I3 NRs/Zn O异质结构。该异质结构将一维Cs Cu2I3纳米柱的长载流子寿命,高载流子浓度与Zn O的高载流子迁移率相结合,显著增强了其光电性能。基于此异质结构制备的Cs Cu2I3 NRs/Zn O柔性紫外光探测器,在340 nm的光照下,获得了高达594的开关比和1.62 A/W的光响应度。本文提出的这种基于Cs3Cu2I5/Zn O和Cs Cu2I3 NRs/Zn O异质结构的柔性紫外光探测器具有较高的光响应度,探测灵敏度和开关比,解决了铜基卤化物钙钛矿响应速度慢,光响应度低以及Zn O暗电流大、光暗电流比低等问题,此外,这种异质结构还具有无毒,低成本,生物兼容和环境稳定等优点,因此在紫外光探测和传感领域具有十分光明的应用前景。
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