基于FAPbI3光电探测器的研究

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近年来,三维有机无机杂化钙钛矿具有优异的光电性能,被广泛应用于光电探测器中。与CH3NH3PbI3(MAPbI3)相比,NH2CH=NH2PbI3(FAPbI3)以其更好的热稳定性和更宽的吸收光谱逐渐引起人们的关注。但基于三维FAPbI3的二极管型钙钛矿探测器几乎没有人报道,而且合成纯α相FAPbI3需要较高的退火温度(150-160℃),不利于柔性器件的制备;另外,在常温下,FAPbI3容易发生α→δ的相变,器件的空气稳定性很差。本文针对这些问题,围绕高性能二极管型FAPbI3光电探测器与Cs掺杂的FA1-xCsxPbI3光电探测器展开了研究。  第一部分内容:我们选用一步溶液旋涂法,通过调控退火温度合成了纯α相三维多晶FAPbI3薄膜;并以其作为光敏层,研制了结构为ITO/TiO2/FAPbI3/Sp iro-OMeTAD/MoO3/Ag的低工作电压、高性能的二极管型FAPbI3钙钛矿光电探测器。器件的响应光谱可以从近紫外一直到近红外区域(330-800nm),开关比较高(8.6×104),响应速度较快(7.2/19.5μs)。器件的响应度和比探测率可分别达到0.95AW-1和2.8×1012Jones。由于注入电荷的影响,在-1.0V偏压及650nm入射光照下,探测器的外量子效率(EQE)可达182%。  第二部分内容:我们通过Cs的掺杂,在较低温度退火下(100℃)合成了纯α相FA1-xCsxPbI3钙钛矿薄膜;以FA1-xCsxPbI3薄膜为光敏层,制备了高性能的二极管型FA1-xCsxPbI3光电探测器,器件结构为ITO/TiO2/FA1-xCsxPbl3/Spiro-OMeTAD/MoO3/Ag。对比不同Cs掺杂浓度的器件性能,发现掺杂量为10%摩尔时,FA0.9Cs0.1PbI3器件性能最优。在-0.5V工作电压下,其开关比可达1.6×105,响应速度达到7.1μs,在350-800nm宽光谱范围内探测率都在1012Jones量级,空气中放置216h后光电流衰减到最初的59%。结果表明,Cs的掺杂一方面有效降低了合成纯α相FA钙钛矿的退火温度,另一方面提高了器件性能以及空气稳定性。  本文研制了高性能二极管型钙钛矿探测器,为新型钙钛矿探测器的推广与应用提供了新的方案,为未来实现高性能及高应用价值的光电探测器展示了巨大的前景。
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