【摘 要】
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近年来,由于二维钙钛矿相较于传统的三维钙钛矿具有更好的稳定性,而其本身也具有优异的光电性能,已经广泛的应用到了光电子器件中。目前基于二维钙钛矿的太阳能电池已经取得了较高的效率。近年来基于二维钙钛矿的光电探测器也取得了很大的进展,二维钙钛矿光电探测器已经表现出了很高的性能。这些器件基本采用的是光电导结构,具有较高的外量子效率、高的亮电流以及高响应率等特点,活性层材料有薄膜、单晶、纳米片、纳米线等。与
【基金项目】
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国家自然科学基金(61775156,61605136,U1710115); 青年三晋学者; 山西省自然科学基金优秀青年科学基金(201701D211002,201801D221029); 山西省重点研发(国际合作)项目(201803D421044);
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近年来,由于二维钙钛矿相较于传统的三维钙钛矿具有更好的稳定性,而其本身也具有优异的光电性能,已经广泛的应用到了光电子器件中。目前基于二维钙钛矿的太阳能电池已经取得了较高的效率。近年来基于二维钙钛矿的光电探测器也取得了很大的进展,二维钙钛矿光电探测器已经表现出了很高的性能。这些器件基本采用的是光电导结构,具有较高的外量子效率、高的亮电流以及高响应率等特点,活性层材料有薄膜、单晶、纳米片、纳米线等。与之对应的光伏型光电探测器具有更低的暗电流,更快的响应速度以及更大的线性动态范围。钙钛矿薄膜相比于单晶、纳米片、纳米线制备更容易,但多晶钙钛矿薄膜会有更多的缺陷,缺陷会引起非辐射复合,严重影响器件的光电性能。为了减少缺陷提高器件的光电性能,通过在钙钛矿顶部与底部引入不同的钝化层以改善器件的工作可靠性及光电探测性能。我们详细比较了Al2O3与甲基丙烯酸甲酯(PMMA)这两种钝化材料对钙钛矿光电探测器性能的影响。通过对比,发现了底部采用Al2O3钝化的光电探测器性能最优。随后,研究了PMMA顶部钝化对钙钛矿光电探测器稳定性的影响,获得了最优的器件。具体成果主要分为以下两个方面:(1)底部氧化铝钝化,采用原子层沉积技术在空穴传输层与钙钛矿层之间插入一层薄氧化铝层,通过原子层沉积技术能够精确控制氧化铝的厚度,通过优化氧化铝的厚度,当沉积1.4nm氧化铝的时候器件的性能最好,在-1V偏压下,最大亮暗电流比达到≈107。在0V偏压、505nmLED、光功率密度为19.98w/cm2的光照下EQE最大达到91%,响应率达到0.38A/W,探测率达到9.5×1012Jones。线性动态范围达到160dB,响应速度小于600ns。(2)顶部PMMA钝化,PMMA钝化在钙钛矿太阳能电池中有着广泛的应用,一方面能够钝化钙钛矿,减少界面处载流子的复合,另一方面,PMMA覆盖在钙钛矿顶部能够阻挡水分子进入钙钛矿,提高器件的稳定性。我们采用旋涂的方法在钙钛矿与电子传输层之间旋涂一层薄PMMA层,通过对PMMA厚度的优化,使得引入PMMA器件的性能与只有氧化铝单钝化器件的光电性能相同,随后对有无PMMA钝化探测器进行了稳定性的对比,通过对比随时间器件亮暗电流的变化得到,有PMMA钝化探测器的稳定性相比于无PMMA钝化探测器的稳定性提高了近30%,所以PMMA的引入能够在不降低探测器光电性能的基础上提高探测器的稳定性。综上所述,通过对钙钛矿的底部与顶部进行双界面钝化,一方面可以钝化钙钛矿,减少界面处载流子的复合提高探测器的光电性能,另一方面,顶部PMMA的引入能够阻挡了水分子的进入,极大地提高了探测器的稳定性。
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