基于钙钛矿纳米薄膜的波长传感器的应用研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lvyuxuan3652008
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钙钛矿作为一种可与传统硅、锗等半导体相媲美的材料,由于其独特的结构与性能,引起广大科研者们的重视。目前对钙钛矿的研究主要集中在卤素钙钛矿上,而卤素钙钛矿又分为全无机钙钛矿和有机无机杂化钙钛矿,存在钙钛矿量子点、纳米线、多晶膜、单晶膜、大尺寸单晶等多种形态,拥有各自的特点。它们被广泛应用于太阳能电池、光电探测器和激光器等各种光电器件。波长传感器,能够识别颜色/光谱信息的传感器,被广泛应用于光通信、图像传感、光谱仪和医疗诊断等领域。传统的波长传感器大多是利用复杂的滤光片形成滤色阵列,再通过相应的光电探测器对颜色/光谱进行识别,然而却存在通道间的相互干扰和量子效率低的弊端。随后,基于无滤波片的传感器相继诞生,但是复杂的制造工艺和高昂的成本阻碍了其进一步发展。考虑到所有这些问题,如何设计一个制备过程简单、轻便便携、价格低廉、使用方便、检测准确、量子效率高的传感器很重要。本文报道了一种由两个Au/FA0.85Cs0.15PbI3/Au结构的光电探测器(PD1和PD2)平行堆叠而成的新型波长传感器,能够定量地区别入射波长。由于波长与光吸收的依赖性关系,光子在钙钛矿纳米薄膜中的穿透深度随着波长的增加而增大。通过计算机辅助设计技术(TCAD)的模拟结果表明,光生载流子在波长较短时分布在PD1表面附近,而在波长较长时分布在PD2表面较深的位置。有趣的是,进一步计算发现,当波长从265 nm增大到810 nm时,PD1与PD2的光电流比值呈现单调递减的趋势。这意味着该器件可以用作波长传感器,并定量检测一系列不同的波长。通过对波长的实验值和理论值计算分析得到,检测的绝对误差小于14 nm,相对误差小于3%,优于以往报道的基于半导体材料的波长传感器。相信基于钙钛矿薄膜的波长传感器在未来的光电领域具有潜在的应用前景。
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