Grafen øger perovskite-enkeltkrystal-fotodetektorens ydeevne

På grund af den brede anvendelse af fotodetektorer inden for områder, herunder optisk kommunikation, miljøovervågning, og billedsansning, forskning i udvikling af højeffektive fotodetektorer har tiltrukket sig stor opmærksomhed i de seneste årtier. Siden 2009 har methylammonium blyhalogenid (CH ₃ NH ₃ PbX ₃ , X=halogen) perovskiter er blevet et varmt emne inden for materialevidenskab til lysindsamling i fotodetektorer.

På nuværende tidspunkt ydelsen af ​​fotodetektorer baseret på perovskit polykrystallinske tynde film er stadig i en vis afstand fra den forventede værdi. En af grundene er, at bærertransporten ved grænsefladen let påvirkes af korngrænser og korndefekter. Mange forskergrupper har forsøgt at kombinere perovskit polykrystallinske tynde film med høj mobilitet, todimensionelle materialer for at forbedre enhedens ydeevne, og har opnået lovende resultater, men de negative virkninger af perovskit polykrystallinske korngrænser forbliver stadig.

For at løse dette problem, et hold ledet af Assoc. Prof. Yu Weili fra Changchun Institute of Optics, Finmekanik og fysik (CIOMP) fra det kinesiske videnskabsakademi, og prof. GUO Chunlei fra University of Rochester syntetiserede en CH med lav overfladedefekt-densitet ₃ NH ₃ PbBr ₃ mikroplade gennem den omvendte temperaturkrystallisationsstrategi. De forberedte en effektiv fotodetektor med lodret struktur, der kombinerer en højkvalitets perovskit-enkeltkrystal med monolagsgrafen med høj bærermobilitet.

De lodrette fotodetektorer lavet med disse CH ₃ NH ₃ PbBr ₃ mikroplader og monolagsgrafen udviser fremragende lysresponsydelse med høj lysresponsivitet (≈1017,1 AW ^-1 ), høj lysdetektivitet (≈2,02×10 ¹³ Jones) og ultrahøj forstærkning på 2,37 × 103 under 532 nm laserbestråling ved stuetemperatur. Parametrene er cirka en størrelsesorden større end for fotodetektorerne uden monolagsgrafen.

Carrier ultrahurtige kinetikundersøgelser har vist, at forbedringen i enhedens ydeevne hovedsageligt skyldes den øgede levetid for perovskitbærere af højkvalitets perovskitkrystaller og den effektive udvinding og transport af gratis ladning med grafen.

Den væsentligt forbedrede enhedsydelse efter kombination af perovskit-mikropladen med den todimensionelle grafen menes at være tæt forbundet med den operationelle synergi af de to materialer i bærergenerering og transport. Dette understreger rollen af ​​enhedsstruktur og energibånddesign i enhedsoptimering, og afslører mekanismen for effektiv bærerekstraktion og transmission.

Dette studie, udgivet i Lille , giver en ny strategi til fremstilling af højtydende perovskit fotodetektorer, og vil spille en nøglerolle i at fremme forskning og udvikling af perovskit todimensionelle sammensatte fotovoltaiske enheder.