《Applied Physics Letters》刊登课题组硕士生董开连-Cs3Bi2I9单晶光电探测器-研究新成果

202259日,Applied Physics Letters(《应用物理快报》)在线发表了课题组有关半透明无铅Cs3Bi2I9单晶自驱动光电探测器的重要研究进展,论文题为“Semi-Transparent, High-Performance Lead-Free Cs3Bi2I9 Single Crystal Self-Driven Photodetector”。物理学院2020级硕博连读生董开连为论文第一作者,武汉大学物理学院方国家教授、柯维俊教授以及东莞理工学院周海副教授为论文通讯作者,武汉大学物理科学与技术学院为论文第一署名单位。金属卤化物钙钛矿因其具有结晶性能好、吸光系数高、带隙可调、低激子结合能、易溶液法制备、低成本等特性而引起人们的广泛关注,被广泛应用于电池、探测器、发光、激光等领域。传统的Pb基的钙钛矿体系在光电器件中取得了很好的性能,但其毒性、水热不稳定性是制约其进一步发展的关键因素。因此环境友好、稳定的全无机非铅钙钛矿是如今研究的热点。在众多非铅钙钛矿体系中,研究得较多的是SnGeBiCu基钙钛矿体系。但是SnGeCu基体系由于其易被氧化而具有一定的局限性。BiPb相邻,具有相近的离子半径、化学性质,是很有前途的稳定、无毒的非铅替代品。此外,单晶相比于多晶薄膜而言,其缺陷更少,更有利于构筑高性能器件。因此,在这项工作中,我们首次采用反溶剂辅助空间限域法生长高质量Cs3Bi2I9单晶微米片,其尺寸可达数百微米,并构筑了ITO/SnO2/ Cs3Bi2I9/PTAA/Au/ITO半透明探测器。我们通过调节Au的厚度,实现了Au/ITO薄膜在品质因子、光透过率以及阻挡溅射ITO刻蚀的权衡,最终经优化的器件在没有外加电压驱动下具有很好的透过率和光探测能力。器件在300-800 nm范围具有31.75%的平均透过率,其开关比约5700,响应度高达52.06 mA/W,探测率在1012量级,线性动态范围高达140.7 dB,且我们的器件对弱光具有良好的探测能力,最低可响应光功率为0.34 nW。最后,我们的器件还呈现出良好的工作稳定性。

Fig. (a) The transmittance spectrum curve of 25 nm Au/ITO device (inset: photography of 25 nm Au/ITO device). (b) Logarithmic I-V characteristics of the 25 nm Au/ITO devices in the dark and under 405 nm illumination. I-t curves of the PD (c) with long-time test in air and (d) under weak light illumination with the optical power of 0.34 nW.

该研究得到了国家自然科学基金、深圳市基础研究项目的支持。

文章链接:https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/5.0090569

 

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