【摘 要】
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无机金属卤化物钙钛矿CsPb X3（X=Cl,Br,I）具有低成本、易合成和可扩展等优点而在发光二极管、太阳能电池和光探测器等光电子器件中被广泛应用。然而,CsPb X3光吸收范围窄、光响应低和可延展性差的缺点仍限制了其在大规模、高性能和可穿戴光电子器件中的应用。因此,我们迫切需要找到一种合适的策略来应对这些挑战。本论文设计并制备了无机钙钛矿基多层垂直堆垛结构,其可以弥补钙钛矿的不足并发挥多种材料
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无机金属卤化物钙钛矿CsPb X3（X=Cl,Br,I）具有低成本、易合成和可扩展等优点而在发光二极管、太阳能电池和光探测器等光电子器件中被广泛应用。然而,CsPb X3光吸收范围窄、光响应低和可延展性差的缺点仍限制了其在大规模、高性能和可穿戴光电子器件中的应用。因此,我们迫切需要找到一种合适的策略来应对这些挑战。本论文设计并制备了无机钙钛矿基多层垂直堆垛结构,其可以弥补钙钛矿的不足并发挥多种材料的组合优势,为增强无机钙钛矿基光电子器件的性能提供新的思路。我们以光探测器为例,研究了无机钙钛矿基多层垂直堆垛结构的光电特性及其在功能光电子器件中的应用。主要研究内容如下:1.制备了垂直堆垛的金纳米颗粒/硫化铅量子点/钙钛矿纳米片（Au/PbS/CsPbCl3）光晶体管。垂直堆垛Au/PbS/CsPbCl3结构结合了Au表面等离激元的强光吸收、PbS的宽谱光吸收和CsPbCl3的高载流子迁移率的优势,解决了CsPbCl3光响应低、光吸收范围窄和PbS载流子迁移率低、光吸收截面小等问题。垂直堆垛层之间的界面还能使载流子更有效地分离,金纳米颗粒的等离激元近场覆盖光吸收层也能明显增强其有效光吸收。结果表明,基于垂直堆垛Au/PbS/CsPbCl3结构的光晶体管不仅具有紫外-可见-近红外的宽谱光探测能力,还具有高达3892 A/W的光响应度、3.29×1013 Jones的探测率和106%的外量子效率。2.采用简单的低温溶液法制备了垂直堆垛聚（3,4─乙烯二氧噻吩）:聚苯乙烯磺酸/硫化铅量子点/钙钛矿纳米片（PEDOT:PSS/PbS/CsPbCl3）光晶体管。PEDOT:PSS/PbS/CsPbCl3光晶体管因其较高的有效载流子迁移率（41.26 cm2/V s）而能在低电压下工作,使其具有用于低功耗光电子器件的潜力。在红、绿、紫三个代表光源的光照下,PEDOT:PSS/PbS/CsPbCl3光晶体管均表现出高达102的信噪比。相较于PbS或CsPbCl3光晶体管,PEDOT:PSS/PbS/CsPbCl3光晶体管的光探测性能被明显增强,其响应度和探测率分别可达147.35 A/W和6.77×1012 Jones。3.基于垂直堆垛PEDOT:PSS/PbS/CsPbCl3结构制备了柔性光探测器。垂直堆垛PEDOT:PSS/PbS/CsPbCl3结构能发挥PEDOT:PSS电导率高、附着力强,PbS光吸收范围宽以及CsPbCl3载流子迁移率高的优势,而具有应用于低功耗、可穿戴和高性能宽谱光探测器的潜力。结果表明,PEDOT:PSS/PbS/CsPbCl3柔性光探测器可在0.6 V的低电压下正常工作,在180°的弯曲角和1000次的弯曲后光电流表现稳定。柔性光探测器具有好的可延展性,弯曲对其造成的性能下降很有限。在红、绿、紫三个代表光源的光照下,柔性PEDOT:PSS/PbS/CsPbCl3光探测器均表现出不错的光探测性能,其光响应度和探测率分别可达6.67 A/W和5.78×1010Jones。总之,本论文制备的无机钙钛矿基垂直堆垛结构,解决了无机钙钛矿光响应低、光吸收范围窄和延展性差等问题,为无机钙钛矿在新型光电子器件中的应用打下了一定的基础。
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