CsPbClBr2及其复合相的光电性质研究

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全无机铅卤钙钛矿CsPbX3(X=Cl-,Br-,I-)具备合成成本低、发光波长可调、吸光系数高以及稳定性佳等优势,在光电探测器领域获得了高度的关注度。针对全无机钙钛矿前驱体溶解性差的问题,本文采用真空蒸镀法制备出全无机CsPbClBr2薄膜,并构建了CsPbClBr2薄膜光电探测器,探究了其光电性能。此外,引入SnO2电子提取层,构建了SnO2/CsPbClBr2复合薄膜光电探测器,进一步研究了SnO2对光电探测性能的提升作用。主要的研究内容如下:(1)采用溶液挥发法、反溶剂法和研磨法三种方法,在低温下合成了CsPbClBr2粉末。通过XRD、Raman、FESEM、EDS、UV-vis吸收、PL和TRPL等对三种粉末进行了物相、形貌、组成元素和光学性能等的分析,结果表明溶液挥发法所制备的粉末结晶性最好,各组成元素分布均匀,并且具有最强的吸收、发光以及最长的荧光寿命。(2)以溶液挥发法所制备的CsPbClBr2粉末作为蒸镀原料,使用真空蒸镀法制备出CsPbClBr2薄膜。通过XRD、FESEM、UV-vis吸收和PL等表征方法对CsPbClBr2薄膜进行了物相、形貌和光学性能的分析,结果表明CsPbClBr2薄膜具备均匀致密的形貌以及较强的吸收和荧光发射。通过退火温度的探究,得到最佳退火温度为210℃。CsPbClBr2薄膜光电探测器在黑暗条件下的暗电流低至2.77×10-11 A,在405 nm激光的照射下的响应度和探测率分别高至28.93 m A/W和5.32×1010 Jones,并且响应时间较短为270/310 ms。未封装器件在激光条件下连续照射5小时,响应度还保留了84%的原始值。并且在空气中(22℃,61%RH)储存28天后,性能仅下降19%,表现出优异的稳定性。这种高探测性能和稳定性归因于真空蒸镀法制备的CsPbClBr2薄膜质量优异。本研究为钙钛矿薄膜的合成提供了合理的选择,也为高性能光电探测器的设计提出了新思路。(3)将旋涂法制备的SnO2薄膜与蒸镀的CsPbClBr2薄膜相结合,构建了SnO2/CsPbClBr2复合薄膜。通过XRD、FESEM以及I-V测试对复合薄膜进行了物相、形貌和光电性能的表征,结果表明,较厚的SnO2薄膜对复合薄膜性能提升效果较明显。SnO2/CsPbClBr2复合薄膜光电探测器表现出161.25 m A/W的高响应度,比CsPbClBr2薄膜光电探测器高出5倍以上。SnO2的存在能够提高CsPbClBr2薄膜的质量,抽取电子,降低电子和空穴的复合率,延长空穴寿命,进而提高器件的性能。本研究为改善器件性能提供了一种可选择的方法。
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