基于二维硒化锗的光电化学型光电探测器构筑及其性能研究

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自从2004年石墨烯问世以来,越来越多的二维材料被人们发现并广泛研究。其中一种新兴的二维材料硒化锗(Ge Se),表现出优异的光吸收和响应能力,使其在光电探测领域展现出良好的发展前景。但Ge Se较高的电子-空穴复合率成为进一步增强其光电转换性能的制约因素。本工作利用石墨烯的高载流子迁移率通过构建石墨烯与Ge Se异质结,实现了Ge Se材料光生载流子复合率的有效降低,实验结果表明相对于纯Ge Se,复合材料的光电性能有着明显的提升。另一方面,传统的光电化学型光电探测器一般基于液相电解质溶液体系,展现出体积较大,不方便携带等缺点,极大的限制光电化学型光电探测器的广泛应用。本文在前期工作基础上,基于准固态电解质构筑了Ge Se基柔性光电探测器,相比于传统的光电化学型光电探测器具有体积小、重量轻、便于携带等优点。本文具体工作从以下两个方面开展:一、通过液相剥离法成功剥离出Ge Se纳米片,采用水热还原法合成了Ge Se-RGO复合材料,利用合成的Ge Se-RGO复合材料作为活性材料制备光电极,构建光电化学型光电探测器并进行光电性能评估。实验结果表明,在外加电压为0.8V时,此复合材料光电极的光电流密度值为8.45μA/cm~2,相比纯Ge Se纳米片光电极的光电流密度提高三倍。当光照强度为90 m W/cm~2时,其光响应度值可达116μA/W。当光照强度降低到60 m W/cm~2时,仍能获得6.2μA/cm~2的较高光电流密度,表明制备的Ge Se-RGO基光电探测器在低光照强度下具有较强的光探测能力。此外,经过50次光开关循环后,Ge Se-RGO基光探测器的光响应性能没有明显下降,说明此复合材料光电极稳定性良好。二、通过制备准固态电解质的方法来构筑新型的Ge Se基柔性光电探测器。利用柔性导电铟锡氧化物(ITO)作为基底,负载Ge Se-RGO复合材料形成光电极,从而制成具有出色柔韧性的光电化学型光电探测器。测试结果表明,在不同的光照强度下,光电流随着光照强度增大而增大,而其光电流增量随着光照强度的增加反而减少。同时,弯曲稳定性测试结果表明,在不同弯曲角度下该柔性光电器件随着外加应力的变化展现出不同的响应特性。该Ge Se-RGO柔性器件在经过1000次反复折叠恢复后,其光电流密度没有明显的衰减,展现出器件良好的稳定性。
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