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2014年

柔性光电探测器研究进展

来源:武汉光电国家研究中心     作者:    发布时间:2015年12月15日    浏览:

  随着市场需求的不断扩大,红外及可见光波段的光电探测器的研究引起了大量的关注。目前大部分光电探测器还是由硅材料实现的,但是其存在成本较高、工艺复杂、探测波段有限等缺点,这就使得新材料的光电探测器研究变得迫切。PbS量子点及钙钛矿等材料具有极好的光电特性,已经被广泛的应用到薄膜太阳能电池中,并取得了很好的效果。另一方面上述这两种材料在在电荷传输、材料结晶性、材料稳定性、器件性能、器件结构等方面凸显出来的问题是急需解决的。
  针对以上面临的问题,武汉光电国家实验室宋海胜副教授课题组在唐江教授、程一兵教授的支持和合作研究下,分别开展了相应的系列研究。在PbS量子点红外光电探测器的领域,为了解决量子点迁移率低的问题,利用碳纳米管的悬挂键,将PbS量子点嫁接到碳纳米管,并将其制作红外光电探测器,成功的应用于人体心率探测,达到了商用水平。该探测器结合碳纳米管的优良传输特性和PbS量子点的良好的光响应特性,该工作发表于美国应用物理快报Appl. Phys. Lett. (2014, 105, 153702)。此外,为了提高PbS量子点红外探测器的性能,他们将Ag纳米晶和量子点按一定比例混合,不仅促进了PbS量子的电荷传输,而且达到了提高光电流,压制暗电流的目的,该工作发表在ACS photonics (2014, 1, 936 −943)。

图1 (a) PbS量子点和碳纳米管结合的示意图。(b) 两者结合的透射电镜图。(c) PbS量子点红外探测器应用于心率探测。(d)心率探测得到的测试结果。

图2(a) PbS量子点和Ag纳米晶共混的光电导探测器示意图。(b) 不同混合比例得到的器件性能图。(c) PbS量子点和Ag纳米晶共混后,器件工作的能级图。

  铅碘钙钛矿材料在太阳能电池中引起广泛的关注,其主要是以薄膜的形式存在,但是在光电导探测器中,长的沟道使得电子空穴对的分离存在困难,该课题组采用溶剂挥发诱导自组装的方式,制备出钙钛矿纳米线,并且实现了纳米线在基底上均匀分布、区域选择性,另外,通过边缘粗糙化和基底倾斜的方式实现了纳米线的有序生长,由此得到的钙钛矿纳米线光电探测器具有优良的探测性能。这项发现从新的角度认识了铅碘钙钛矿,为钙钛矿的新应用开辟了道路。该课题组对其作更深入的研究,通过控制钙钛矿的结晶速度,制备出钙钛矿纳米带的网状结构,该结构具有较好的柔韧性、均匀性、半透明性、稳定性,将其制作光电探测器阵列,初步实现了对光源信号的图像探测。该工作对柔性透明的钙钛矿光电子器件的发展具有重要意义。
  2015年1月,题为“ 铅碘钙钛矿纳米线的制备、图案化、有序排列及其在光电子器件中的应用”(Growth, patterning and alignment of organolead iodide perovskite nanowires for optoelectronic devices),发表在Nanoscale (2015, 7, 4163–4170),并申请了相关的专利保护;2015年11月,题为“ 具有高稳定性的柔性半透明的铅碘钙钛矿纳米网光电探测器阵列”(Flexible and Semitransparent Organolead Triiodide Perovskite Network Photodetector Arrays with High Stability),发表在Nano Letters (2015, 15 (12), 7963–7969)
  以上这些工作得到了国家自然科学基金(61306137, 61274055),教育部博士点基金(20130142120075),中央高校基本科研业务费(HUST:2014QN014)支持。

图3 (a) 钙钛矿纳米线整齐排列生长示意图 (b) 整齐排列纳米线的光学图片(c) 柔性半透明的钙钛矿光电探测器阵列的简图 (d) 该阵列测试光源信号得到的光电流图像。

文章链接:
1.http://scitation.aip.org/content/aip/journal/apl/105/15/10.1063/1.4898680
2.http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ph500227u
3.http://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2015/nr/c4nr06982j
4.http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.5b03061

(责任编辑:陈智敏)