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石墨烯提高钙钛矿单晶光电探测器的性能

由于光电探测器在光通信、环境监测、图像传感等领域的广泛应用,开发高效的光电探测器的研究在近几十年受到了广泛关注。从2009年开始,甲基铵卤化铅钙钛矿成为材料科学中用于光电探测器光采集的热点。

目前基于钙钛矿多晶薄膜的光电探测器的性能与期望值还有一定距离。其中一个原因是界面上的载流子输运容易受到晶界和晶粒缺陷的影响。许多课题组尝试将钙钛矿多晶薄膜与高迁移率的二维材料相结合来提高器件性能,并取得了很好的结果,但钙钛矿多晶晶界的负面影响仍然存在。

为了解决这个问题,一个由Assoc领导的团队。中国科学院长春光学精细力学与物理研究所的于伟利教授和美国罗切斯特大学的郭春磊教授采用反温结晶策略合成了表面缺陷密度低的CH3NH3PbBr3微板。他们结合高质量钙钛矿单晶和高载流子迁移率的单层石墨烯,制备了一种有效的垂直结构光电探测器。

由CH3NH3PbBr3微板和单层石墨烯制成的垂直光电探测器,在室温下532 nm激光照射下,光响应率高(≈1017.1 AW-1),检光率高(≈2.02×1013 Jones),获得2.37×103的超高增益。该参数大约比无单层石墨烯的光电探测器大一个数量级。

载流子超快动力学研究表明,器件性能的改善主要是由于高质量钙钛矿晶体中钙钛矿载流子寿命的增加以及石墨烯对自由电荷的有效提取和传输。

钙钛矿微板与二维石墨烯结合后器件性能的显著提高,被认为与两种材料在载体产生和运输中的协同作用密切相关。强调了器件结构和能带设计在器件优化中的作用,揭示了有效的载波提取和传输机理。

该研究为制备高性能钙钛矿光电探测器提供了一种新的策略,将对钙钛矿二维复合光伏器件的研发起到关键的推动作用。

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