平面结构全无机钙钛矿光电探测器研究

来源 :华北电力大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:engcourse
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钙钛矿材料可以采用成本较低的溶液法制备,具有制备高性能光电探测器的潜力,近年来受到了广泛的关注。较高的制备温度和较差的稳定性是影响全无机卤化铅钙钛矿光电探测器发展的主要因素。本文通过采用低成本的一步旋涂溶液法制备了以CsPbI3-xBrx为光吸收层的平面结构光电探测器,围绕降低制备温度,提高稳定性两个方面对CsPbI3-xBrx光电探测器进行了研究。首先,采用在CsPbl3前驱体溶液中加入过量CsBr的方式,低温制备了立方相CsPbI3-xBrx,并将其应用于平面结构光电探测器中。研究了不同CsBr添加量和制备工艺对CsPbI3-xBrx薄膜和探测器性能的影响。当CsBr添加量为1.0 M时,制备的光电探测器性能最优:在4 V偏压,光功率密度为1mW/cm2的632 nm的入射光条件下,在玻璃基底制备的器件可实现138.06nA的光电流,优秀的响应度(R)2.761 mA/W和比探测率(D*)3.638×1011 Jones和低的暗电流(<10 pA)。当添加一层SnO2作电子传输层后光电流可提高至234.14 nA,暗电流约为0.2 nA,响应度和探测率分别提高至4.68 mA/W、1.276×1011 Jones。在1 μW/cm2的入射光功率密度下实现Rmax为 25.2 mA/W,Dmax*为 3.377×1011 Jones,并且,响应时间分别为 0.11 和 0.24 ms。其次,由于二维(2D)钙钛矿材料具有优异的稳定性,我们将2D RP相钙钛矿Cs2PbI2Cl2引入到三维(3D)CsPbI3-xBrx薄膜中,构造2D和3D混维CsPbI3-xBrx平面结构光电探测器,以提高稳定性。结果表明,2D材料的引入不仅有效提升了器件的稳定性,而且探测器的光电性能也有较大的提高。当2D-Cs2PbI2Cl2的引入量为0.1 M时,CsPbI3-xBrx钙钛矿探测器性能最优,在偏压为4 V,光功率密度为1 mW/cm2的632 nm的入射光条件下,2D/3D Cs2PbI2Cl2/CsPbI3-xBrx光电探测器的光电流由 13.1 nA 提升到 130 nA,R由 0.262 mA/W 提高至 2.619 mA/W,D*由 2.312×1010 Jones提升至3.122×1011 Jones,暗电流小于20 pA,在光功率密度为1 μW/cm2时Rmax为 17.438 mA/W,Dmax*为 2.078×1012Jones。纯 3D CsPbI3-xBrx光电探测器在湿度为20%(±5%)的空气环境中放置3天,光电流衰减为初始光电流的84.5%,而2D/3D Cs2PbI2Cl2/CsPbI3-xBrx光电探测器放置45天后仍能保持初始光电流的92.4%,这表明添加2D-Cs2PbI2Cl2材料不仅提高了器件的光电性能,还提高了 CsPbI3-xBrx钙钛矿光电探测器的稳定性。
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