【摘 要】
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光电探测器是一种将外界的光信号转化成电信号的光电子设备,在农业监测、成像、光通讯、安检安防等领域应用广泛。因此,开发高性能的光电探测材料和器件具有重要的研究价值。自2004年石墨烯被成功制备以来,类石墨烯的二维材料得到快速发展,为研究者提供了良好的研究平台,基于二维材料的高性能电子、光电子器件被广泛报导。过渡金属磷硫属化合物是一大类包含三种及以上元素的二维层状材料,其丰富的能带结构与新奇物化特性受
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光电探测器是一种将外界的光信号转化成电信号的光电子设备,在农业监测、成像、光通讯、安检安防等领域应用广泛。因此,开发高性能的光电探测材料和器件具有重要的研究价值。自2004年石墨烯被成功制备以来,类石墨烯的二维材料得到快速发展,为研究者提供了良好的研究平台,基于二维材料的高性能电子、光电子器件被广泛报导。过渡金属磷硫属化合物是一大类包含三种及以上元素的二维层状材料,其丰富的能带结构与新奇物化特性受到了人们的关注,目前已被应用到电子、能源、催化等多个领域。本学位论文以二维FePS3材料为研究对象,探究其光电响应性能,并基于二维FePS3构建光电探测器和柔性光电探测器原型器件。主要研究内容如下:1.采用超声辅助液相剥离成功制备出二维FePS3纳米片,并对其形貌和微观结构进行较系统地表征;将二维FePS3纳米片沉积在柔性导电材料上作为光电极,构筑了光电化学型（PEC）光电探测原型器件。研究发现,基于二维FePS3纳米片的PEC光电探测器具有大的光电流密度(3.2μcm-2),较短的光响应时间（256ms的上升时间和279 ms的衰减时间）,较好的循环稳定（超过1000 s）。由于FePS3与电解质溶液界面形成了界面电场,该器件可在没有外部电源的情况下工作。另外,研究还发现光电极经过500次弯曲和扭转后器件仍能保持相对稳定的光电探测性能。该部分研究内容为二维FePS3的高效制备以及光电性质的研究和相关的应用开发提供了一定的依据。2.为了实现PEC光电探测器的小型化和实际应用,采用固态的电解质取代先前的液体电解质、以柔性导电材料作为基底、分别以二维FePS3纳米片和简易水热法制备的FePS3/r GO复合材料作为光敏材料,设计并成功构筑了三明治结构的柔性PEC光电探测器。比较系统地研究了器件分别在不同光照强度和不同外加电压下光响应性能,发现器件的光电流大小具有明显地光照强度和外加电压的依赖关系,且光电流大小可以通过提高外加电压来实现;同时,研究还发现器件在连续工作1000 s后仍然能够保持稳定的光响应能力。对比基于二维FePS3以及FePS3/r GO复合材料的器件性能,发现FePS3/r GO复合材料相较于单一二维FePS3具有更大的光电流和更快的光响应速度,这主要来源于石墨烯的加入有效促进了光生电子-空穴的分离和传输。通过测试不同弯曲状态下器件的性能,发现构筑的柔性器件在不同弯曲角度下都具有明显的光响应行为。该部分研究内容为PEC器件的应用领域拓展以及新型柔性材料与器件的开发提供了一定的研究思路和技术基础。
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